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Ausschreibender Bereich: PGI-7 - Elektronische Materialien
Kennziffer: 2021M-065, Elektrotechnik, Physik oder Materialwissenschaften

Masterarbeit: Optimierung flüchtiger diffusiver Memristoren auf Basis von Ag/HfO2/Pt für den Einsatz in neuromorphen Computern

Projekt:
Die Verarbeitung großer Datenmengen, wie sie zum Beispiel in autonomen Systemen der künstlichen Intelligenz in Echtzeit anfallen, stellen traditionelle von Neumann-Computerarchitekturen vor große Herausforderungen. Wesentlich energieeffizientere Lösungen für kognitive Aufgaben sind die bio-inspirierten neuronalen Netzwerke. Dies liegt auch an ihrer neuartigen Architektur, die auf einer Kombination von Speicher und Prozessor beruht, was den notwendigen Datentransfer auf ein Minimum reduziert. Ein prominentes Beispiel sind die sogenannten ‚Spiking Neural Networks‘ (SNN), in denen die Information über die von den Neuronen ausgesandten Spikes prozessiert wird. Aktuell werden solche ‚Integrate-& Fire‘-Neuronen in Standardhalbleitertechnologie (CMOS) gefertigt. Kompakte Schwellenwertschalter (TS: threshold switch) sind geeignet, in Zukunft die platzbedürftigen und energie-ineffizienten CMOS-Baugruppen durch energieeffiziente, platzsparende TS-Neuronen zu ersetzen. Als geeignete Bauelementstruktur haben sich flüchtige elektrochemische Metallisierungszellen (ECM) auf Basis von Ag/HfO2/Pt-Strukturen erwiesen. Die Einstellbarkeit der Flüchtigkeit, eine Reduzierung der Variabilität der Schaltparameter, sowie eine Erhöhung der Stabilität und der Zyklenfestigkeit des Schaltens stehen derzeit im Fokus.

Aufgaben:

  • Mikrostrukturierte Bauelemente bestehend aus Pt-Elektrode, amorpher Oxidschicht abgeschieden über atomares Lagenwachstum (ALD) und Ag oder Ag/Te Elektrode sollen hergestellt werden. Dabei sollen als Oxidschichten eine Auswahl aus HfO2, TiO2, Ta2O5 oder SiO2 zum Einsatz kommen.
  • Die Zellen sollen in statistischen Ensembles getestet werden. Die Strom-Spannungsmessungen sollen im kontinuierlichen und Pulsmodus als Funktion von Temperatur und Atmosphäre durchgeführt werden. Dies dient der Untersuchung des Elektroformierens, der Schaltstabilität und Schaltkinetik.
  • Ziel ist es, die Flüchtigkeit des leitenden Zustands der Zellen einzustellen, sowohl über Material-modifikation wie Dotierung und Temperaturbehandlung als auch über die Betriebsparameter. Unter Berücksichtigung der Schaltstabilität sollen die Ergebnisse physikalisch interpretiert werden.

Bewerberprofil:
Sie studieren Elektrotechnik, Physik oder Materialwissenschaften im Masterstudium mit Kenntnissen im Fachgebiet der Halbleiterbauelemente oder der Informationstechnologie und haben Interesse an experimenteller und interdisziplinärer Arbeit. Sie verfügen über grundlegende Kenntnisse der Bauteilherstellung und Messtechnik, der statistischen Datenanalyse, sowie über Programmierkenntnisse und sind bereit, sich in neue Methoden einzuarbeiten. Gute Beherrschung der englischen Sprache in Wort und Schrift wird vorausgesetzt.

Ansprechpartner:
M. Sc. Solomon Amsalu Chekol Tel: +49 2461 616288; E-Mail: s.chekol@fz-juelich.de
Dr. Susanne Hoffmann-Eifert Tel: +49 2461 616505; E-Mail: su.hoffmann@fz-juelich.de

Forschungszentrum Jülich GmbH
Peter Grünberg Institute
Electronic Materials (PGI-7)
JARA-FIT Institute Green IT

Ausschreibung als pdf-Datei:  Masterarbeit: Optimierung flüchtiger diffusiver Memristoren auf Basis von Ag/HfO2/Pt für den Einsatz in neuromorphen Computern (PDF, 1 MB)