DE102022125339A1 - Vorrichtungen und verfahren zum lesen eines memristiven bauelements - Google Patents

Vorrichtungen und verfahren zum lesen eines memristiven bauelements Download PDF

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Abstract

Gemäß verschiedenen Aspekten wird ein Verfahren bereitgestellt aufweisend: Bringen eines memristiven Bauelements in einen Memristivzustand einer Mehrzahl von Memristivzuständen, Ermitteln ein oder mehrerer Statischer-Zustand-Parameterwerte (812) des memristiven Bauelements assoziiert mit dem Memristivzustand, wobei Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte (812) aufweist: Ermitteln einer Strom/Spannungs-Charakteristik (806) des memristiven Bauelements, und Fitten (808) der Strom/Spannungs-Charakteristik (806) basierend auf einem physikalischen Modell zum Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte (812), wobei das physikalische Modell auf Statischer-Zustand-Parametern basiert, für welche die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden (812).

Description

  • Technisches Gebiet
  • Verschiedene Aspekte beziehen sich auf Vorrichtungen und Verfahren zum Lesen eines memristiven Bauelements unter Verwendung von mindestens zwei Messungen während einer einzigen Leseoperation.
  • Hintergrund
  • Im Allgemeinen können verschiedene Datenverarbeitungsanwendungen auf Transistortechnologien zurückgreifen. Es wurde jedoch festgestellt, dass auch Widerstands-Arrays für einige Datenverarbeitungsanwendungen nützlich sein können. Solche widerstandsbasierten Technologien wurden weiterentwickelt, um eine selektive Rekonfiguration des elektrischen Widerstands von Widerständen zu ermöglichen. Solche Vorrichtungen, die einen nichtflüchtigen, rekonfigurierbaren elektrischen Widerstand haben, können beispielsweise als memristive Vorrichtungen oder Memristoren bezeichnet sein. Memristor Crossbar-Arrays wurden entwickelt, um Transistoren und Speicherzellen in einigen Datenverarbeitungs- und Datenspeicheranwendungen zu ersetzen. Allerdings kann das Auftreten von Leckströmen in Memristor-basierten Crossbar-Arrays die Skalierbarkeit solcher Strukturen einschränken. Daher wurden verschiedene Arten von Memristoren mit nichtlinearem Widerstandsverhalten vorgeschlagen, um Leckströme beim Rekonfigurieren und Lesen ausgewählter Memristoren gegenüber nicht ausgewählten Memristoren zu reduzieren. Dazu gehören so genannte komplementäre Widerstandsschalter, die zwei in Reihe geschaltete memristive Strukturen aufweisen, wobei ein Nachteil dieser Technologie sein kann, dass der Zustand des komplementären Widerstands nur zerstörend ausgelesen werden kann und der komplementäre Widerstandsschalter daher nach dem Auslesen neu beschrieben werden muss. Ein Ansatz für ein nicht-destruktives Auslesen eines Zustandes eines Komplementär-Widerstandsschalters kann auf Kapazitätsmessungen basieren. Ein Komplementär-Widerstandsschalter kann eine zweischichtige memristive Struktur mit ausgeprägtem nichtlinearem Widerstandsverhalten und eine einschichtige memristive Struktur mit ausgeprägtem nichtlinearem Widerstandsverhalten aufweisen.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • In den Zeichnungen beziehen sich die gleichen Bezugszeichen im Allgemeinen auf dieselben Teile in den verschiedenen Ansichten. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, sondern der Schwerpunkt liegt im Allgemeinen auf der Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Aspekte der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
    • 1A bis 1D schematisch verschiedene Aspekte einer memristiven Struktur zeigen;
    • 2A bis 2F Aspekte der elektrischen Eigenschaften, die der Barriereschaltung einer memristiven Struktur entsprechen, zeigen und 2G bis 21 jeweils gemessene IV-Kennlinien für verschiedene beispielhafte memristive Strukturen zeigen;
    • 3A eine entsprechende schematische IV-Charakteristik einer memristiven Struktur für drei verschiedene Memristivzustände zeigt und 3B eine entsprechende IV-Charakteristik gemessen für fünf verschiedene Memristivzustände einer memristiven Struktur zeigt;
    • 4A bis 4E jeweils einen beispielhaften Spannungspuls, der zum Lesen einer memristiven Struktur verwendet wird, zeigen;
    • 5A bis 5E schematisch eine IV-Charakteristik einer memristiven Struktur in Abhängigkeit von einem zuvor angelegten Spannungswert zeigen;
    • 6 und 7 jeweils ein entsprechendes Leseschema zum Lesen eines Memristivzustandes einer memristiven Struktur zeigen;
    • 8A ein Leseschema zum Ermitteln eines jeweiligen Wertes von einem oder mehreren Statischer-Zustand-Parametern einer memristiven Struktur assoziiert mit einem Memristivzustand, in dem sich die memristive Struktur befindet, zeigt; 8B und 8C gemessene Eigenschaften und entsprechend ermittelte Werte von vier beispielhaften Statischer-Zustand-Parametern zeigen; und 8D ermittelte Statischer-Zustand-Parameter als Funktion des Memristivzustandes einer memristiven Struktur zeigt;
    • 9 bis 14 jeweils ein Verarbeitungsschema für die Verwendung ermittelter Statischer-Zustand-Parameterwerte zeigen;
    • 15 eine Vorrichtung mit einem Leseschaltkreis zeigt, der einen Logik-Zustand einer memristiven Struktur über mindestens zwei Messungen während einer einzigen Leseoperation ausliest;
    • 16A bis 16D jeweils eine Vorrichtung mit einem Leseschaltkreis zeigen, der einen jeweiligen Logik-Zustand einer Mehrzahl von memristiven Strukturen mittels mindestens zweier Messungen während einer einzigen Leseoperation ausliest und der in der Lage ist, einen Schlüssel basierend auf den für die Mehrzahl von memristiven Strukturen ermittelten Logik-Zuständen zu erzeugen;
    • 17A und 17B schematisch Prozessvariationen zwischen verschiedenen memristiven Strukturen illustrieren, die sich im gleichen Memristivzustand befinden;
    • 17C, 17E, 17G, und 17I jeweils gemessene IV-Charakteristiken verschiedener hergestellter memristiver Strukturen zeigen, die sich im gleichen Memristivzustand befinden, um Prozessvariationen zwischen diesen hergestellten memristiven Strukturen zu veranschaulichen und 17D, 17F, 17H, und 17J jeweils entsprechend ermittelte Statischer-Zustand-Parameter zeigen;
    • 18 und 19 jeweils ein Flussdiagramm eines entsprechenden Verfahrens zum Lesen eines memristiven Bauelements unter Verwendung von mindestens zwei verschiedenen Lesespannungen zeigen; und
    • 20 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln eines jeweiligen Wertes von einem oder mehreren Statischer-Zustand-Parametern zeigt, die mit einem Memristivzustand einer memristiven Struktur assoziiert sind.
  • Beschreibung
  • Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, die zur Veranschaulichung bestimmte Details und Aspekte zeigen, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Diese Aspekte sind ausreichend detailliert beschrieben, um dem Fachmann die Möglichkeit zu geben, die Erfindung auszuführen. Andere Aspekte können verwendet werden und strukturelle, logische, und elektrische Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Die verschiedenen Aspekte schließen sich nicht unbedingt gegenseitig aus, da einige Aspekte mit einem oder mehreren anderen Aspekten kombiniert werden können, um neue Aspekte zu bilden. Verschiedene Aspekte werden im Zusammenhang mit Verfahren beschrieben und verschiedene Aspekte werden im Zusammenhang mit Vorrichtungen (z.B. Anordnungen) beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass Aspekte, die im Zusammenhang mit Verfahren beschrieben werden, auch für die Vorrichtungen gelten können und umgekehrt.
  • Die Ausdrücke „mindestens eins“ und „ein oder mehr“ können so verstanden werden, dass sie jede ganze Zahl größer oder gleich eins aufweisen, also eins, zwei, drei, vier, [...], usw. Der Begriff „eine Mehrzahl bzw. Vielzahl“ kann so verstanden werden, dass dieser jede ganze Zahl größer oder gleich zwei aufweist, d.h. zwei, drei, vier, fünf, [...], usw. Der Begriff „mindestens eines von“ mit Bezug auf eine Gruppe von Elementen kann hierin in der Bedeutung von mindestens einem Element aus der aus den Elementen bestehenden Gruppe verwendet werden. Zum Beispiel kann der Begriff „mindestens eines von“ mit Bezug auf eine Gruppe von Elementen hierin verwendet werden in der Bedeutung von einer Auswahl aus: einem der aufgeführten Elemente, einer Vielzahl von einem der aufgeführten Elemente, einer Vielzahl von verschiedenen aufgeführten Elementen oder einer Vielzahl von mehreren der aufgeführten Elemente.
  • Der Begriff „eindeutig zugeordnet“ kann hierin verwendet sein mit der Bedeutung einer Eins-zu-Eins-Zuordnung (z.B. Zuweisung, z.B. Entsprechung) oder einer bijektiven Zuordnung. Zum Beispiel kann ein erstes Element, das einem zweiten Element eindeutig zugeordnet ist, bedeuten, dass das zweite Element dem ersten Element eindeutig zugeordnet ist. In einem weiteren Beispiel kann die eindeutige Zuordnung einer ersten Gruppe von Elementen zu einer zweiten Gruppe von Elementen aufweisen, dass jedes Element der ersten Gruppe von Elementen einem entsprechenden Element der zweiten Gruppe von Elementen eindeutig zugeordnet ist und dass das entsprechende Element der zweiten Gruppe von Elementen dem Element der ersten Gruppe von Elementen eindeutig zugeordnet ist.
  • Der Begriff „gekoppelt“ kann hier in Bezug auf Knoten, Schaltungselemente und dergleichen verwendet werden, um eine, z.B. direkte oder indirekte, Verbindung und/oder Interaktion zu bezeichnen. Mehrere Elemente können z.B. entlang einer Interaktionskette (z.B. einem elektrisch leitenden Pfad) miteinander gekoppelt sein, entlang derer die Interaktion (z.B. elektrische Ladungen) übertragen werden kann. Zum Beispiel können zwei miteinander gekoppelte Elemente miteinander interagieren.
  • Der Begriff „verbinden“ oder „Verbindung“ kann hier in Bezug auf Knoten, Schaltungselemente und dergleichen verwendet werden, um eine elektrische Verbindung zu bezeichnen, die eine direkte Verbindung oder eine indirekte Verbindung aufweisen kann, wobei eine indirekte Verbindung nur zusätzliche Strukturen im Strompfad aufweisen kann, die die wesentliche Funktion der beschriebenen Schaltung oder Vorrichtung nicht beeinflussen. Der Begriff „elektrisch leitend verbunden“, der hier verwendet wird, um eine elektrische Verbindung zwischen einem oder mehreren Anschlüssen, Knoten, Regionen, Kontakten usw. zu beschreiben, kann als eine elektrisch leitende Verbindung mit z.B. ohmschem Verhalten verstanden werden, z.B. durch ein Metall oder einen entarteten Halbleiter (als „Degenerate semiconductor“ bezeichnet) in Abwesenheit von p-n-Übergängen im Strompfad. Der Begriff „elektrisch leitend verbunden“ kann auch als „galvanisch verbunden“ bezeichnet sein.
  • In einigen Aspekten können zwei physikalische und/oder chemische Eigenschaften (z.B. eine elektrische Spannung, ein elektrischer Strom, eine elektrische Leitfähigkeit, eine Dicke, eine elektrische Leitfähigkeit, eine Dotierungskonzentration, als Beispiele) mit relativen Begriffen wie z.B. „größer“, „höher“, „niedriger“, „weniger“ oder „gleich“ miteinander verglichen werden. Es versteht sich, dass in einigen Aspekten ein Vergleich ein Vorzeichen (positiv oder negativ) eines Wertes, der die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften repräsentiert, aufweisen kann oder in anderen Aspekten die absoluten Werte für den Vergleich berücksichtigt werden. Ein Vergleich von Messwerten, die eine physikalische und/oder chemische Eigenschaft repräsentieren, kann üblicherweise eine Messung solcher Messwerte nach demselben Messprinzip oder zumindest nach vergleichbaren Messprinzipien aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Aspekten kann eine memristive Struktur in einem Array von memristiven Strukturen (z.B. innerhalb eines Crossbar-Arrays) adressierbar sein, z.B. indem sie eindeutig einer logischen Adresse zugeordnet ist. Die Adressierbarkeit und die logischen Adressen können durch die Architektur der Steuerleitungen, die mit einer entsprechenden memristiven Struktur verbunden sind, bereitgestellt werden. In einem Crossbar-Array können zwei Sätze von Steuerleitungen (z.B. ein Satz von Wortleitungen und ein Satz von Bitleitungen) verwendet werden, um ein Array von memristiven Strukturen zu adressieren. Gemäß verschiedenen Aspekten kann sich eine analoge memristive Struktur in einem der verschiedenen Memristivzustände (auch als Widerstandszustände bezeichnet) befinden, die damit assoziiert sind. So kann zum Beispiel der elektrische Widerstand (oder die Leitfähigkeit) einer memristiven Struktur durch einen Lesevorgang ermittelt werden, um festzustellen, in welchem der verschiedenen Memristivzustände sich die memristive Struktur befindet. In einem weiteren Beispiel kann der tatsächliche elektrische Widerstand (oder die Leitfähigkeit), der mit einer memristiven Struktur assoziiert ist, in einer neuronalen Netzwerkkonfiguration genutzt werden, um eine Daten- oder Signalverarbeitung zu beeinflussen.
  • In einigen Aspekten kann eine Mehrzahl von memristiven Strukturen in einer Kreuzschienen-(als „Crossbar“ bezeichnet)-Konfiguration angeordnet sein. In einer solchen Crossbar-Konfiguration kann ein memristiver Materialabschnitt (auch als Memristor oder memristives Bauelement bezeichnet) durch einen entsprechenden Kreuzpunkt adressiert werden, der durch Eingangs- und Ausgangsleitungen der Crossbar-Anordnung gebildet wird. Neuromorphe und/oder analoge Rechentechnologien, nur als Beispiele, können eine ideale analoge Schaltung einer memristiven Struktur einsetzen.
  • 1A bis 1D zeigen verschiedene Aspekte einer memristiven Struktur 100. Wie in 1A dargestellt, kann die memristive Struktur 100 gemäß verschiedenen Aspekten eine erste Elektrode 110 und eine zweite Elektrode 120 aufweisen. Die erste Elektrode 110 und/oder die zweite Elektrode 120 kann jedes geeignete elektrisch leitende Material aufweisen, z.B. Al, Cu, Ti, AlCu, TiN, W, Ta, nur als Beispiele. Die memristive Struktur 100 kann außerdem einen memristiven Materialabschnitt 130 (z.B. ein memristives Bauelement) aufweisen. Der memristive Materialabschnitt 130 kann zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 angeordnet sein. Der Bereich, in dem sich die erste Elektrode 110 und die zweite Elektrode 120 überlappen, kann (z.B. teilweise oder vollständig) mit memristivem Material gefüllt sein. Gemäß verschiedenen Aspekten kann der memristive Materialabschnitt 130 in elektrischem Kontakt und in direktem physischem Kontakt sowohl mit der ersten Elektrode 110 als auch mit der zweiten Elektrode 120 stehen. Daher kann eine Dimension 101m (z.B. eine Höhe oder eine Dicke) des memristiven Materialabschnitts 130 durch einen Abstand 101d von der ersten Elektrode 110 zur zweiten Elektrode 120 definiert sein. Der Abstand 101d von der ersten Elektrode 110 zur zweiten Elektrode 120 kann als kürzestes Abstandsmaß verstanden werden, z.B. senkrecht zu den Ebenen, in denen die Elektroden ausgebildet sind. Gemäß verschiedenen Aspekten kann die Abmessung (z.B. die Höhe) des memristiven Materialabschnitts 130 in einem vordefinierten Bereich liegen, so dass die memristive Struktur 100 eine im Wesentlichen symmetrische Lesecharakteristik und/oder mindestens eine Krümmungsänderung in der Lesecharakteristik aufweist. Die erste Elektrode 110 und die zweite Elektrode 120 können planare Elektroden sein.
  • Gemäß verschiedenen Aspekten kann die memristive Struktur 100 eine memristive Kreuzpunktstruktur (als „Crosspoint“-Struktur bezeichnet) sein, die in einem memristiven Kreuzschienen-Array (als „Crossbar“-Array bezeichnet) enthalten ist. Die erste Elektrode 110 und die zweite Elektrode 120 können jeweils ein Teil einer entsprechenden Crossbar-Steuerleitung sein. Beispielsweise kann ein Crossbar-Array einen Satz erster Steuerleitungen und einen Satz zweiter Steuerleitungen in einer Crossbar-Konfiguration aufweisen, und die erste Elektrode 110 kann ein Teil einer ersten Steuerleitung 111 des Satzes erster Steuerleitungen sein und die zweite Elektrode 120 kann ein Teil einer zweiten Steuerleitung 121 des Satzes zweiter Steuerleitungen sein, wie in 1B dargestellt. In diesem Beispiel kann der memristive Materialabschnitt 130 in direktem physischem Kontakt sowohl mit der ersten Steuerleitung 111 als auch mit der zweiten Steuerleitung 121 stehen, und der memristive Materialabschnitt 130 kann zwischen der ersten Steuerleitung 111 und der zweiten Steuerleitung 121 angeordnet sein. Dementsprechend kann eine memristive Struktur 100 in jedem der verschiedenen Kreuzungspunkte des Crossbar-Array vorgesehen werden.
  • In anderen Aspekten kann die erste Elektrode 110 mit einer entsprechenden ersten Steuerleitung (z.B. einer ersten Steuerleitung eines Crossbar-Arrays) gekoppelt (z.B. elektrisch leitend verbunden, z.B. in direktem physischem Kontakt mit) sein und die zweite Elektrode 120 kann mit einer entsprechenden zweiten Steuerleitung (z.B. einer zweiten Steuerleitung eines Crossbar-Arrays) gekoppelt (z.B. elektrisch leitend verbunden, z.B. in direktem physischen Kontakt mit) sein. Ein Crossbar-Array kann beispielsweise einen Satz erster Steuerleitungen und einen Satz zweiter Steuerleitungen in einer Crossbar-Konfiguration aufweisen, und die erste Elektrode 110 kann mit einer ersten Steuerleitung gekoppelt sein (z.B. elektrisch leitend verbunden sein, z.B., die erste Elektrode 110 kann mit einer ersten Steuerleitung 111 des Satzes der ersten Steuerleitungen gekoppelt sein (z.B. elektrisch leitend verbunden, z.B. in direktem physischen Kontakt mit) und die zweite Elektrode 120 kann mit einer zweiten Steuerleitung 121 des Satzes der zweiten Steuerleitungen gekoppelt sein (z.B. elektrisch leitend verbunden, z.B. in direktem physischen Kontakt mit), wie in 1C und 1D dargestellt. In diesem Beispiel steht der memristive Materialabschnitt 130 möglicherweise nicht in direktem physischem Kontakt mit der ersten Steuerleitung 111 und der zweiten Steuerleitung 121. Aber die erste Elektrode 110 kann in direktem physischem Kontakt mit der ersten Steuerleitung 111 und die zweite Elektrode 120 kann in direktem physischen Kontakt mit der zweiten Steuerleitung 121 stehen. Die erste Elektrode 110, die zweite Elektrode 120 und der memristive Materialabschnitt 130 können zwischen der ersten Steuerleitung 111 und der zweiten Steuerleitung 121 angeordnet sein. Dementsprechend kann eine memristive Struktur 100 in jedem der verschiedenen Kreuzpunktbereiche eines Crossbar-Array vorgesehen werden.
  • Gemäß verschiedenen Aspekten kann ein Crossbar-Array seitliche (z.B. in der Ebene) Dimensionen definieren, z.B. entlang der in den Figuren gezeigten Seitenrichtungen 103, 105. Beispielsweise kann sich jede Steuerleitung (z.B. die erste Steuerleitung 111) eines Satzes von ersten Steuerleitungen des Crossbar-Array entlang einer ersten seitlichen Richtung 105 und jede Steuerleitung (z.B. die zweite Steuerleitung 121) eines Satzes von zweiten Steuerleitungen des Crossbar-Array entlang einer zweiten seitlichen Richtung 103 erstrecken. Die erste Seitenrichtung 105 kann senkrecht zur zweiten Seitenrichtung 103 sein. Eine Höhenrichtung 101 kann senkrecht zur ersten Seitenrichtung 105 und/oder zur zweiten Seitenrichtung 103 verlaufen. Die Höhenrichtung 101 kann senkrecht zu einer ebenen Oberfläche der ersten Elektrode 110, die dem memristiven Materialabschnitt 130 gegenüberliegt, und/oder senkrecht zu einer ebenen Oberfläche der zweiten Elektrode 120, die dem memristiven Materialabschnitt 130 gegenüberliegt, sein.
  • Die Abmessung 101m (z.B. eine Höhe oder eine Dicke) des memristiven Materialabschnitts 130 kann entlang einer Richtung parallel zur Höhenrichtung 101 definiert werden. Dementsprechend kann der Abstand 101 d zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 in einer Richtung parallel zur Höhenrichtung 101 definiert sein. Die Abmessung 101m des memristiven Materialabschnitts 130 kann größer als 150 nm sein. Dementsprechend kann der Abstand 101 d zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 größer als 150 nm sein.
  • Wie oben erläutert, können die erste Steuerleitung 111 und die zweite Steuerleitung 121 in einer Crossbar-Konfiguration sein, um eine elektrische Adressierung der memristiven Struktur 100 (d.h., des memristiven Materialabschnitts 130) mittels der ersten Steuerleitung 111 und der zweiten Steuerleitung 121 zu ermöglichen. Eine elektrische Adressierung der memristiven Struktur 100 kann verwendet werden, um in der memristiven Struktur 100 gespeicherte Informationen zu lesen und/oder um Informationen in die memristive Struktur 100 zu schreiben (z.B. zu speichern). Anders ausgedrückt, kann eine elektrische Adressierung der memristiven Struktur 100 verwendet werden, um einen Zustand (z.B. einen Memristivzustand) zu ermitteln, in dem sich die memristive Struktur 100 befindet und/oder um einen (z.B. einen memristiven) Zustand der memristiven Struktur 100 zu setzen (z.B. beizubehalten oder zu ändern).
  • In einigen Aspekten kann der memristive Materialabschnitt 130 strukturiert sein. Da das elektrische Feld zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 im Wesentlichen im Überlappungsbereich zwischen den jeweiligen Elektroden 110, 120 gebildet werden kann, kann es ausreichen, das memristive Material nur im Überlappungsbereich bereitzustellen, um den memristiven Materialabschnitt 130 zu bilden, siehe z.B. 1A bis 1D. In diesem Fall hat der memristive Materialabschnitt 130 gemäß verschiedenen Aspekten ein Aspektverhältnis von mehr als 1, z.B. mehr als 2, mehr als 5, mehr als 10. Das Aspektverhältnis kann definiert sein durch die Höhe (z.B. die Abmessung entlang der Höhenrichtung 101) des memristiven Materialabschnitts 130 geteilt durch eine Breite (z.B. entlang einer der seitlichen Richtungen 103, 105) des memristiven Materialabschnitts 130. Eine ausreichend große Höhe des memristiven Materialabschnitts 130 und damit ein vergleichsweise hohes Aspektverhältnis kann wesentlich sein, um einen memristiven Materialabschnitt 130 mit idealen analogen Leseeigenschaften zu erhalten. Da es jedoch aufgrund von Herstellungsaspekten schwierig sein kann, einen solchen memristiven Materialabschnitt 130 mit einem vergleichsweise hohen Aspektverhältnis zu bilden, kann der memristive Materialabschnitt 130 durch eine nicht-strukturierte Schicht eines memristiven Materials bereitgestellt werden und/oder der memristive Materialabschnitt 130 kann eine größere seitliche Ausdehnung als der Überlappungsbereich zwischen den Elektroden 110, 120 haben. Eine ausreichend große Höhe des memristiven Materialabschnitts 130 kann jedoch in jedem Fall realisiert werden, um ideale analoge Leseeigenschaften zu erreichen.
  • Mögliche Materialien, die zum Bilden des memristiven Materialabschnitts 130 verwendet werden können, sind zum Beispiel ein ternäres Oxid, ein quaternäres Oxid und/oder ein quinäres Oxid. Beispiele für ternäre Oxide sind Perowskit-Oxide mit einer Basisstruktur ABO3 oder Bixbyite mit einer Basisstruktur von A2O3 oder B2O3 oder Mischungen davon. Außerdem können die Mischungen verschiedene Verunreinigungen an der A- oder B-Stelle aufweisen. Beispiele für Elemente für A können La3+, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yp, Lu, Ca, Pr, Pm, Tm, Tl, Pb, Bi, Sr, Y, Ba, Cr, Pu (z.B. alle 3+ wie La3+) aufweisen. Beispiele für Elemente für B können Al3+, Cr, Fe, Ga, In, Sc, V, Ti, Mn, Co, Ni, Sn (z.B. alle 3+ wie Al3+) sein. Beispiele für Verunreinigungen an der A-Stelle sind Ca, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Lu, Pr, Pm, Tm, Tl, Pb, Bi, Sr, Y, La, Ba, Cr Pu, Al, Cr, Fe, Ga, In, Sc, V, Ti, Mn, Co, Ni, Sn, z.B. mit einer anderen Valenz als 3+. Beispiele für Verunreinigungen an der B-Stelle können Al, Cr, Fe, Ga, In, Sc, V, Ti, Mn, Co, Ni, Sn, Ca, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Lu, Pr, Pm, Tm, Tl, Pb, Bi, Sr, Y, La, Ba, Cr, Pu, z.B. mit einer anderen Wertigkeit als 3+ sein. Perowskit-Oxide können in verschiedenen Phasen vorliegen, wie zum Beispiel einer rhomboedrischen Alpha-Phase, einer orthorhombischen Beta-Phase, einer hexagonalen Phase und/oder einer kubischen Bixbyit-Phase. Beispiele für geeignete kristalline Materialien können die ternären Oxide CaTiO3, BaTiO3, PbTiO3, LaNiO3, NdAlO3 und/oder PrA103 sein. Der memristive Materialanteil 130 kann aus einem oder mehreren der folgenden Materialien und/oder Materialkombinationen bestehen oder diese aufweisen: Al2O3/TaOx, SiOx:Ag/TiOx, TaO, HfAlyOx/TaO, Pr0.7Ca0.3MnO3 (PCMO), Si-In-Zn-O/Ionengel, SiInZnO, SiN/TaN, SrFeO3, nur als Beispiele.
  • In einigen Aspekten kann zumindest ein Teil des memristiven Materialabschnitts 130 modifiziert sein, z.B. zum Verursachen einer Vakanzdotierung V+ oder V-. In einigen Aspekten kann der memristive Materialabschnitt 130 ein memristives Material vom n-Typ aufweisen, das eine positive Vakanz aufweist, die V+ dotiert, z.B. eine Anionenvakanz. In anderen Aspekten kann der memristive Materialabschnitt 130 ein memristives Material vom p-Typ aufweisen, das eine negative Vakanz aufweist, die V- dotiert, z.B. eine Kationenvakanz. Falls das memristive Material, das den memristiven Materialabschnitt 130 bildet, ein Oxid ist, z.B. BiFeyOx, kann die Vakanzdotierung V+ durch Sauerstoff-Vakanzen VO+ verursacht werden. In einigen Aspekten kann zumindest ein Teil des memristiven Materialabschnitts 130 modifiziert werden, z.B. zum Verursachen von Traps T (als „Traps“ oder „Fangstellen“ bezeichnet). Dementsprechend kann der memristive Materialabschnitt 130 Traps T aufweisen. Eine Funktion des memristiven Materialabschnitts 130 kann in Form von beweglichen Vakanzen V+ verstanden werden, die lokal in Bereichen des memristiven Materialabschnitts 130 eingefangen werden können. Die Traps T können in der Nähe der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 eingebracht werden und die beweglichen Vakanzen V+ können sich selektiv entweder in den Bereich in der Nähe der ersten Elektrode 110 oder in den Bereich in der Nähe der zweiten Elektrode 120 bewegen und dort entsprechend in einem elektrischen Feld eingefangen werden. Dies kann es ermöglichen, selektiv eine Schottky-Diode entweder mit maximaler Barrierenhöhe an der ersten Elektrode 110 oder mit maximaler Barrierenhöhe an der zweiten Elektrode 120 zu erzeugen, so dass die memristive Struktur 100 ein nichtlineares Schaltverhalten zeigt und selbstrektifizierend (als selbstgleichrichtend bezeichnet) ist.
  • Eine memristive Struktur (auch als memristive Vorrichtung, memristives Element, Widerstandsschalter, Memristor, Memristor-Element oder Memristor-Struktur bezeichnet) kann als analoge memristive Struktur betrachtet werden, wenn die memristive Struktur eine kontinuierliche Änderung des Stroms (z.B., im Lesestrom Iread), wenn die angelegte Spannung (z.B. linear) ansteigt (z.B. von 0 V auf +Vmax und von +Vmax auf 0 V und von 0 V auf - Vmax und von Vmax auf 0 V), wie z.B. in 2A und 2B dargestellt. Dieser Strom kann mit einem Strom durch die memristive Struktur 100 hindurch assoziiert sein. Im Folgenden werden verschiedene Aspekte unter Bezugnahme auf die memristive Struktur 100 beschrieben; es wird darauf hingewiesen, dass diese zur Veranschaulichung dient und dass andere memristive Strukturen entsprechend verwendet werden können.
  • Bislang wurde eine memristive Struktur entweder in einen Hoch-Widerstandszustand (HRS) oder einen Niedrig-Widerstandszustand (LRS) gesetzt. Dieser Prozess des Setzens der memristiven Struktur in den Hoch-Widerstandszustand (HRS) oder den Niedrig-Widerstandszustand (LRS) wurde oft als Schreiben eines Memristivzustandes der memristiven Struktur bezeichnet. Es zeigt sich jedoch, dass der Hoch-Widerstandszustand (HRS) immer mit wechselnden Memristivzuständen , ms, assoziiert ist. In diesem Fall können Aspekte eines angelegten Schreibsignals (z.B. ein maximal angelegter Spannungswert oder ein maximal angelegter Stromwert, eine Form des Schreibsignals usw.) den Memristivzustand definieren, in den die memristive Struktur eingeschrieben wird (z.B. im Falle eines Spannungssignals der Memristivzustand nach der Reduzierung der Spannung auf 0 V). Diese Kurve, die mit der Änderung des Memristivzustandes einhergeht, kann als Übergangskurve bezeichnet sein. Es wird festgestellt, dass diese Übergangskurve für alle Memristivzustände gleich ist. Ferner wird festgestellt, dass jeder Memristivzustand mit einer entsprechenden Widerstands-Charakteristik-Kurve assoziiert ist, so dass Informationen über die Widerstands-Charakteristik-Kurve den Schluss zulassen, in welchem Memristivzustand sich die memristive Struktur befindet. Somit kann jede Widerstands-Charakteristik-Kurve eindeutig einem jeweiligen Memristivzustand zugeordnet werden, und umgekehrt. Diese Widerstands-Charakteristik-Kurve kann unabhängig davon sein, wie die memristive Struktur in den entsprechenden Memristivzustand gesetzt wurde. Wie im Folgenden beschrieben, erlauben diese Erkenntnisse, weniger komplexe Schreibschemata sowie verschiedene Arten von Leseschemata zu verwenden, um den Memristivzustand aus der memristiven Struktur 100 auszulesen. Die beschriebenen Schreib- und/oder Leseschemata erlauben es zum Beispiel, zwischen mehr als 100 (z.B. mehr als 500, z.B. mehr als 1000) verschiedenen Memristivzuständen zu unterscheiden. Im Vergleich zu zwei Memristivzuständen (HRS oder LRS) kann sich die memristive Struktur 100 also in einem von mehr als 100 (z.B. mehr als 500, z.B. mehr als 1000) Memristivzuständen befinden, was die Anzahl der mit der memristiven Struktur 100 assoziierten Bits deutlich erhöht. Im Folgenden werden beispielhaft verschiedene Leseschemata für das Auslesen eines Memristivzustandes für die memristive Struktur 100 beschrieben. Es versteht sich, dass jede memristive Struktur mit einem oder mehreren dieser Ausleseschemata ausgelesen werden kann und dass jede Art von Vorrichtung, die mindestens eine memristive Struktur enthält, jedes dieser Ausleseschemata verwenden kann. Einem Beispiel zufolge kann die Vorrichtung einen Leseschaltkreis aufweisen, welcher derart eingerichet ist, dass dieser den Memristivzustand der mindestens einen memristiven Struktur ausliest. Nach einem anderen Beispiel kann die Vorrichtung (z.B. zur Analyse) mit einer anderen Vorrichtung gekoppelt sein, welche derart eingerichet ist, dass sie ein Messsignal an die memristive Struktur anlegt, um den Memristivzustand der mindestens einen memristiven Struktur auszulesen.
  • Gemäß verschiedenen Aspekten kann ein (z.B. Mess-)Signal an die memristive Struktur angelegt werden, um einen Memristivzustand einzustellen und/oder einen zuvor eingestellten Memristivzustand auszulesen. Das (z.B. Mess-)Signal kann z.B. ein Signalimpuls sein. Die memristive Struktur 100 kann über einen spannungsgesteuerten Modus oder einen stromgesteuerten Modus angesprochen werden. Im Falle des spannungsgesteuerten Modus kann ein Spannungssignal (z.B. ein Spannungspuls) an die memristive Struktur 100 angelegt werden und ein durch die memristive Struktur 100 erzeugter Strom kann ermittelt (z.B. gemessen) werden. Im Falle des stromgesteuerten Modus kann ein Stromsignal (z.B. ein Strompuls) an die memristive Struktur 100 angelegt werden und eine erzeugte Spannung kann ermittelt werden (z.B. gemessen werden). Hierin werden verschiedene Aspekte von memristiven Strukturen und von verschiedenen Leseschemata für den spannungsgesteuerten Modus beschrieben (z.B. im Falle der gezeigten IV-Charakteristiken). Es wird darauf hingewiesen, dass dies zur Veranschaulichung dient und dass andere Modi, wie z.B. der stromgesteuerte Modus, entsprechend verwendet werden können.
  • 2A zeigt ein erstes beispielhaftes Rampenschema 200a, das verwendet werden kann, um die memristive Struktur 100 in den Hoch-Widerstandszustand (HRS) zu setzen und ein zweites beispielhaftes Rampenschema 200b, das verwendet werden kann, um die memristive Struktur 100 in einen Niedrig-Widerstandszustand (LRS) zu setzen. 2B zeigt eine beispielhafte Strom-/Spannungskennlinie (I/V) von der memristiven Struktur 100, die über die beiden beispielhaften Rampenschemata 200a, 200b, gemäß verschiedenen Aspekten erhalten wurde. 2C zeigt zwei Ersatzschaltbilder, die den elektrischen Zustand einer memristiven Struktur für den HRS und den LRS darstellen. Die memristive Struktur 100 kann in einer selbstgleichrichtenden Konfiguration vorliegen. Die selbstgleichrichtende Konfiguration und/oder das gewünschte Schaltverhalten kann durch die Bildung einer Diode (z.B. eines Schottky-Kontakts) und eines Widerstands an den Schnittstellen zwischen der ersten Elektrode 110 und dem memristiven Bauelement 130 und zwischen der zweiten Elektrode 120 und dem memristiven Bauelement 130 (das memristive Bauelement 130 kann ein memristiver Materialabschnitt sein) verursacht werden. Die Diode und der Widerstand sind in einer Reihenschaltung miteinander gekoppelt und liefern die beschriebenen HRS und LRS Zustände für eine definierte Polarität. Das Schalten von der memristiven Struktur 100 und damit das Vorhandensein eines Diodenkontakts oder eines Widerstandskontakts an den jeweiligen Elektrodenbereichen kann durch das memristive Material definiert werden, z.B. durch das Vorhandensein und/oder Fehlen von Sauerstofflöchern in den Elektrodenbereichen.
  • Es versteht sich, dass die in 2B gezeigten IV-Charakteristiken beispielhaft sind und schematisch zur Veranschaulichung dienen und dass die IV-Charakteristik einer memristiven Struktur unterschiedlich sein kann. Insbesondere sind viele verschiedene Arten von IV-Charakteristiken für verschiedene Arten von memristiven Strukturen möglich (z.B. abhängig vom Material, der Größe, der Dicke der Schichten usw.). 2G bis 2I zeigen jeweils eine beispielhaft gemessene IV-Charakteristik einer entsprechenden memristiven Struktur.
  • Bisher kann die memristive Struktur 100 in einen wohldefinierten Memristivzustand versetzt werden, indem eine Initialisierungsspannung, Vini , angelegt wird (in einigen Aspekten als Programmierspannung oder Schreibspannung bezeichnet) und anschließend ein gewünschtes Schreibspannungsschema angewendet wird, um einen Memristivzustand einzustellen, in dem sich die memristive Struktur 100 nach dem Anlegen der Schreibspannung befindet.
  • Wie in 2A gezeigt, kann die memristive Struktur 100 in den Niedrig-Widerstands-Zustand (LRS, Zweig 2) versetzt werden, indem die Spannung von 0 V auf +| Vmax | (Zweig 1) und in den Niedrigwiderstands-Zustand (LRS, Zweig 4) versetzt wird, indem die Spannung von 0 V auf -| Vmax | (Zweig 3) erhöht wird. Wie in 2B gezeigt, kann die memristive Struktur 100 in den Niedrig-Widerstands-Zustand (LRS, Zweig 2) versetzt werden, indem die Spannung von 0 V auf -| Vmax | (Zweig 1) und in den Niedrigwiderstands-Zustand (LRS, Zweig 4) versetzt wird, indem die Spannung von 0 V auf +| Vmax | (Zweig 3) erhöht wird. Der Widerstandszustand in Zweig 2 und in Zweig 4 in 2A kann durch Anlegen einer Lesespannung ermittelt werden, die kleiner als die Schreibspannung ist und die gleiche Polarität wie die Schreibspannung hat, d.h. positive Polarität in Zweig 2 und negative Polarität in Zweig 4. Der Widerstandszustand in Zweig 2 und in Zweig 4 in 2B kann durch Anlegen einer Lesespannung (Wert) ermittelt werden, die kleiner als die Schreibspannung (Wert) ist und die gleiche Polarität wie die Schreibspannung (Wert) hat, d.h. eine negative Polarität in Zweig 2 und positive Polarität in Zweig 4. In diesem Fall kann der Zustand der memristiven Struktur 100 durch Anlegen einer positiven Lesespannung mit einem Spannungswert zwischen etwa 0 V und etwa +Vmax ausgelesen werden. Je nach Zustand der memristiven Struktur 100 verursacht die angelegte Lesespannung immer einen größeren Stromfluss im Zusammenhang mit dem Niedrigwiderstand-Zustand im Vergleich zu dem geringen Stromfluss, der beim Anlegen der Schreibspannung fließt. Daher kann die Spannung, V, bis zu einem maximalen positiven Spannungswert, +Vmax, und bis zu einem maximalen negativen Spannungswert, - Vmax, erhöht werden. In einem Beispiel kann die jeweilige maximale Spannung, | Vmax |, die höchste Spannung sein, die so angelegt werden kann, dass kein Durchbruch (z.B. der in 2C beschriebenen Diode) auftritt. In einem anderen Beispiel kann die jeweilige Maximalspannung, | Vmax |, einen beliebigen Spannungswert ungleich 0 haben. Wie oben beschrieben, sind diese komplexen Schreibschemata jedoch möglicherweise nicht notwendig, wenn man sich die Erkenntnis zunutze macht, dass der Hoch-Widerstandszustand (HRS) immer mit wechselnden Memristivzuständen assoziiert ist (Zweige 1 und 3 in 2A und Zweige 1 und 3 in 2B) und dass jeder Memristivzustand mit einer entsprechenden Widerstands-Charakteristik-Kurve assoziiert ist (Zweige 2 und 4 in 2A und Zweige 2 und 4 in 2B).
  • Die IV-Charakteristiken können Ferroelektrischen- und Grenzflächen-Schaltstrom aufweisen. Beispielhafte IV-Charakteristiken, die Ferroelektrische- und Grenzflächen-Schalteffekte aufweisen, sind in 2D dargestellt, wie sie über das erste beispielhafte Rampenschema 200a und über das zweite beispielhafte Rampenschema 200b erhalten wurden. Gemäß verschiedenen Aspekten können diese Effekte von den IV-Charakteristiken abgezogen werden. Zum Beispiel kann der ferroelektrische Strom von den IV-Charakteristiken subtrahiert werden, um korrigierte IV-Charakteristiken zu erhalten. 2E zeigt beispielhaft einen ferroelektrischen Strom 202, der von den in 2D gezeigten IV-Charakteristiken subtrahiert werden kann, um die korrigierten IV-Charakteristiken 204 zu erhalten. 2F zeigt das entsprechende Verhalten des elektrischen Feldes gegenüber der Polarisation. Im Gegensatz zur ferroelektrischen Schaltung können bei der Barriereschaltung Informationen über die Eigenschaften über die Polarität des Spannungssignals gewonnen werden.
  • 3A zeigt eine schematische IV-Charakteristik der memristiven Struktur 100 beispielhaft für den ersten Quadranten des IV-Diagramms. Die folgende Beschreibung kann in ähnlicher Weise auch für den dritten Quadranten gelten. Zum Beispiel können der erste Quadrant und der dritte Quadrant mit einer jeweiligen Übergangskurve assoziiert sein. Auch kann der erste Quadrant (d.h. positive angelegte Spannungen) mit einer Mehrzahl von (positiven) Memristivzuständen und der dritte Quadrant (d.h. negative angelegte Spannungen) mit einer Mehrzahl von (negativen) Memristivzuständen assoziiert sein. Es versteht sich, dass in einigen Aspekten das beschriebene Verhalten nur entweder im ersten Quadranten oder im dritten Quadranten auftreten kann. 3A zeigt außerdem ein Spannungssignalschema, das sowohl Schreiben (gestrichelte Linien) als auch Lesen (durchgezogene Linien) von Memristivzuständen aufweist.
  • Wie beispielhaft für den ersten Quadranten gezeigt, kann die Übergangskurve 302 (Zweig 1) mit einer Änderung des spezifischen Widerstands der memristiven Struktur 100 (z.B. durch Verschieben der Traps T) assoziiert sein, wodurch sich der Memristivzustand, ms, ändert. Jeder Strom-Spannungs (IV) Datenpunkt, I(V), auf der Übergangskurve 302 kann mit einem entsprechenden Memristivzustand, 1 ≤ ms ≤ M (wobei M eine beliebige ganze Zahl gleich oder größer als eins ist (z.B. gleich oder größer als 100, z.B. gleich oder größer als 200, usw.), von der memristiven Struktur 100 assoziiert sein. Diese Übergangskurve 302 kann mit dem HRS-Zustand assoziiert sein. Wie hierin beschrieben, hat sich herausgestellt, dass beim Setzen der memristiven Struktur in einen jeweiligen Memristivzustand diese Übergangskurve 302 für alle Memristivzustände ähnlich ist (da jeder Datenpunkt der Übergangskurve 302 einem jeweiligen Memristivzustand entspricht). Eine memristive Struktur 100 hat also eine Übergangskurve 302 (die von einem niedrigsten Memristivzustand, ms = 1, über verschiedene dazwischenliegende Memristivzustände zu einem höchsten Memristivzustand, ms = M, verläuft). Zur Veranschaulichung ist die Übergangskurve 302 hier (im Wesentlichen) linear dargestellt. Es versteht sich, dass die Übergangskurve 302 in Abhängigkeit von der memristiven Struktur einen beliebigen Verlauf haben kann. 3B zeigt eine IV-Kennlinie, die für eine hergestellte memristive Struktur gemessen wurde und veranschaulicht, dass die Übergangskurve 302 einen im Wesentlichen linearen Verlauf haben kann. Es ist jedoch zu beachten, dass es einen höchsten Memristivzustand, ms = M, geben kann, der mit einem entsprechenden Spannungswert assoziiert ist. Innerhalb desselben Quadranten (z.B. des ersten oder des dritten Quadranten) können die Memristivzustände (von ms = 2 bis ms = M-1) zwischen dem niedrigsten Memristivzustand, ms = 1, und dem höchsten Memristivzustand, ms = M, als Zwischen-Memristivzustände bezeichnet sein. Beim Anlegen einer Spannung mit einem Spannungswert, der größer ist als der Spannungswert, der dem höchsten Memristivzustand, ms = M, entspricht, kann die memristive Struktur 100 in den höchsten Memristivzustand versetzt werden. In diesem Fall kann die Übergangskurve 302 bei dem Spannungswert, der dem höchsten Memristivzustand entspricht, (z.B. langsam) vom linearen Verhalten in die Sättigung (also einen im Wesentlichen stabilen Strom) übergehen. Es versteht sich, dass bei einer weiteren Erhöhung des Spannungswerts über diesen Sättigungsbereich hinaus der Stromwert aufgrund des Diodencharakters der memristiven Struktur 100 deutlich ansteigen kann (also ein Durchbruch der Schottky-Diode).
  • Wie hierin beschrieben, kann jeder Memristivzustand (also jeder Datenpunkt I(V)) auf der Übergangskurve 302) einer entsprechenden Widerstands-Charakteristik-Kurve (Zweig 2 im Falle der Übergangskurve von Zweig 1 oder Zweig 4 im Falle der Übergangskurve von Zweig 3) zugeordnet werden (im Sinne von bis zum höchsten Memristivzustand) (z.B. eindeutig zugeordnet). Diese Widerstands-Charakteristik-Kurve kann charakteristisch für einen entsprechenden Memristivzustand sein (also charakteristisch für den Widerstand, der dem Memristivzustand entspricht). Eine Widerstands-Charakteristik-Kurve kann als eine jeweilige charakteristische LRS-Kurve für jeden Memristivzustand verstanden werden. 3A zeigt schematisch eine erste Widerstands-Charakteristik-Kurve 304 (z.B. eine erste LRS-Kurve) entsprechend einem ersten Memristivzustand, eine zweite Widerstands-Charakteristik-Kurve 306 (z.B., eine zweite LRS-Kurve), die einem zweiten Memristivzustand entspricht, der sich vom ersten Memristivzustand unterscheidet, und eine dritte Widerstands-Charakteristik-Kurve 308 (z.B. eine dritte LRS-Kurve), die einem dritten Memristivzustand entspricht, der sich sowohl vom ersten Memristivzustand als auch vom zweiten Memristivzustand unterscheidet. 3B zeigt die gemeinsame Übergangskurve 302 (HRS-Kurve) und eine entsprechende (individuelle) Widerstands-Charakteristik-Kurve (also eine jeweilige LRS-Kurve) für fünf verschiedene Memristivzustände, die über eine jeweilige Programmierspannung eingestellt wurden (6 V, 6,5 V, 7 V, 7,5 V, und 8 V).
  • Je nachdem, in welchem Memristivzustand sich die memristive Struktur befindet, kann die IV-Charakteristik der Übergangskurve 302 folgen (im Falle einer Änderung des Memristivzustandes) oder der Widerstands-Charakteristik-Kurve, die einem aktuellen Memristivzustand entspricht (im Falle der Beibehaltung (d.h., keine Änderung) des Memristivzustandes). Daher kann eine gemessene IV-Charakteristik von einem aktuellen Memristivzustand der memristiven Struktur 100 abhängen. Um einen Memristivzustand zu programmieren und/oder den aktuellen Memristivzustand der memristiven Struktur 100 zu ermitteln, kann ein (z.B. ein Mess-) Signal an die memristive Struktur 100 angelegt werden. Zum Beispiel kann das Messsignal ein Messpuls sein (z.B. ein Spannungspuls oder ein Strompuls).
  • Wie oben beschrieben, wird hierin das Mess-Quell/Eingangs-Signal (kurz Messsignal) zur Veranschaulichung als Spannungspuls und das Messausgangssignal zur Veranschaulichung als entsprechender Strompuls bezeichnet. Beispielhafte Verläufe und Formen von ein oder mehreren Spannungspulsen sind in 4A bis 4E dargestellt. Der Einfachheit halber sind die Spannungspulse von 0 V als Basisspannung ansteigend und auf 0 V abfallend dargestellt. Es versteht sich, dass die Basisspannung jeden geeigneten Spannungswert haben kann. Gemäß einigen Aspekten kann die Spannung an eine der ersten Elektrode 110 oder der zweiten Elektrode 120 angelegt werden und die Basisspannung kann an die andere der ersten Elektrode 110 oder der zweiten Elektrode 120 angelegt werden. Gemäß anderen Aspekten kann an die erste Elektrode 110 und an die zweite Elektrode 120 jeweils eine von der Basisspannung verschiedene Spannung angelegt werden. In diesem Fall können die Spannungswerte der hierin beschriebenen Spannungen (z.B. der maximale positive Lesespannungswert, +Vread,max, der maximale negative Lesespannungswert, +Vread,max, usw.) Spannungsabfälle über die memristive Struktur 100 sein (also eine Spannungsdifferenz zwischen der an der ersten Elektrode 110 und der an der zweiten Elektrode 120 angelegten Spannung).
  • Wie gezeigt, kann ein Spannungspuls beispielsweise einen linearen dreieckigen Verlauf (siehe z.B. 4A und 4B), einen stufenweisen dreieckigen Verlauf (siehe z.B. 4C), einen sinusförmigen Verlauf (siehe z.B. 4D) oder einen exponentiell fallenden/steigenden Verlauf (siehe z.B. 4E) haben. Selbstverständlich kann auch jeder andere Verlauf und/oder jede andere Form verwendet werden. Auch wenn diese Spannungspulse als Lesesignale beschrieben werden, kann ein Schreibsignal natürlich einen ähnlichen Verlauf und/oder eine ähnliche Form haben. Ein Spannungspuls kann durch eine steigende Flanke von der Basisspannung (z.B. 0 V) zu einem maximalen Lesespannungswert und eine fallende Flanke von dem maximalen Lesespannungswert zur Basisspannung (z.B. 0 V) gekennzeichnet sein. Zum Beispiel kann ein erster Spannungspuls gekennzeichnet sein durch eine steigende Flanke 402 von der Basisspannung (z.B. 0 V zu einem maximalen positiven Lesespannungswert, +Vread,max , und eine fallende Flanke 404 vom maximalen positiven Lesespannungswert, +Vread,max, zur Basisspannung (z.B. 0 V). Ein zweiter Spannungspuls kann durch eine steigende Flanke 406 von der Basisspannung (z.B. 0 V) zu einem maximalen negativen Lesespannungswert, -Vread,max, und eine fallende Flanke 408 von dem maximalen negativen Lesespannungswert, Vread,max, zur Basisspannung (z.B. 0 V) gekennzeichnet sein. Eine steigende Flanke kann mit einer (z.B. kontinuierlich) ansteigenden (z.B. rampenförmigen) Spannung bis zum maximalen (positiven oder negativen) Spannungswert (verschieden von Null Volt) assoziiert sein. Gemäß verschiedenen Aspekten kann nur ein Spannungspuls (z.B. der erste Spannungspuls oder der zweite Spannungspuls) angelegt werden. Gemäß anderen Aspekten können der erste Spannungspuls und der zweite Spannungspuls (in beliebiger Reihenfolge) nacheinander angewendet werden. In diesem Fall können der erste Spannungspuls und der zweite Spannungspuls (in beliebiger Reihenfolge) direkt nacheinander angewendet werden oder es kann eine zeitliche Verzögerung zwischen ihnen geben.
  • Wie hierin beschrieben, hängt eine gemessene IV-Charakteristik (z.B. Zweig 2 und/oder Zweig 4) von einem aktuellen (d.h. einem tatsächlichen oder vorhandenen) Memristivzustand der memristiven Struktur 100 ab. Dieser Memristivzustand der memristiven Struktur 100 kann von einem vorher angelegten Messsignal (im vorliegenden Beispiel ein vorher angelegtes Spannungssignal) abhängen. Der Memristivzustand kann durch Anwendung eines Programmierspannungspulses eingestellt werden. Der Einfachheit halber wird im Folgenden die maximale Spannung (in einigen Aspekten als Programmierspannung bezeichnet) des Programmierspannungspulses als der Memristivzustand betrachtet, in den die memristive Struktur 100 eingestellt wird. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass der Memristivzustand, in den die memristive Struktur 100 durch die Anwendung des Programmierspannungspulses versetzt wird, auch von anderen Aspekten abhängen kann, wie z.B. von der Form und/oder dem Verlauf des Programmierspannungspulses.
  • Daher kann die Strom/Spannungs-Charakteristik (I/V) der memristiven Struktur 100 von einem vorher angelegten Spannungswert, Vprior, abhängen, der mit einer vorher angelegten Spannung assoziiert ist. 5A bis 5E zeigen schematisch eine entsprechende IV-Charakteristik in Abhängigkeit von dem Wert der zuvor angelegten Spannung, Vprior, für die memristive Struktur 100 mit der in 3A gezeigten IV-Charakteristik. Für den Fall, dass eine vorherige Spannung einen negativen Spannungswert hat (d.h., Vprior < 0), befindet sich die memristive Struktur 100 entweder in einem (negativen) Memristivzustand, der dem dritten Quadranten zugeordnet ist (d.h., ein negativer Spannungswert und ein negativer Stromwert), da die negative Spannung entweder einen (negativen) Memristivzustand schreiben würde, der dem dritten Quadranten zugeordnet ist (z.B., in dem Fall, dass sich die memristive Struktur 100 in einem Memristivzustand befindet, der dem ersten Quadranten zugeordnet ist, oder in einem Memristivzustand, der mit einem negativen Spannungswert assoziiert ist, dessen absoluter Wert kleiner ist als der Spannungswert der angelegten negativen Spannung) oder den (negativen) Memristivzustand beibehalten würde, wenn sich die memristive Struktur 100 in einem (negativen) Memristivzustand befindet, der mit einem negativen Spannungswert assoziiert ist, dessen absoluter Wert größer ist als der Spannungswert der angelegten negativen Spannung. Beim Anlegen eines ersten Lesespannungspulses (z.B. mit einer Form und/oder einem Verlauf wie in 4A, 4C, 4D, oder 4E) mit einem ersten Spannungswert, V1, als maximalem positiven Lesespannungswert, +Vread,max, verändert die steigende Flanke 402 des ersten Lesespannungspulses (kontinuierlich) den Memristivzustand, ms, (über die Memristivzustände ausgehend von ms = 1) bis zum Setzen der memristiven Struktur 100 in den Memristivzustand ms = ms (V1), der dem ersten Spannungswert, V1, zugeordnet ist (siehe 5A). Die IV-Charakteristik folgt der Übergangskurve 302 während der steigenden Flanke 402 des ersten Lesespannungspulses. Die fallende Flanke 404 des ersten Lesespannungspulses hält (d.h. verändert nicht) den eingestellten (z.B. geschriebenen) Memristivzustand ms = ms (V1), da der Spannungswert reduziert (und nicht weiter erhöht) wird. Daher folgt die IV-Charakteristik während der fallenden Flanke 404 des ersten Lesespannungspulses der ersten Widerstands-Charakteristik-Kurve 304, die mit dem ersten Spannungswert, V1, assoziiert ist. Beim Anlegen eines (nachfolgenden) zweiten Lesespannungspulses (mit der gleichen Polarität wie der erste Lesespannungspuls) mit einem anderen Spannungswert, V0, (der kleiner ist als der erste Spannungswert, V1) als maximalem positiven Lesespannungswert, +Vread,max, behält die steigende Flanke 402 des zweiten Lesespannungspulses den Memristivzustand ms = ms (V1) bei (d.h. ändert sich nicht) (siehe 5B). Daher folgt die steigende Flanke 402 des zweiten Lesespannungspulses der ersten Widerstands-Charakteristik-Kurve 304, die mit dem ersten Spannungswert, V1, assoziiert ist. Beim Anlegen eines dritten Lesespannungspulses (mit der gleichen Polarität wie der erste Lesespannungspuls) mit dem ersten Spannungswert, V1, als maximalem positiven Lesespannungswert, +Vread,max, behält die steigende Flanke 402 des dritten Lesespannungspulses den Memristivzustand ms = ms (V1) bis zum ersten Spannungswert, V1, bei (d.h. ändert sich nicht) (siehe 5C). Daher folgt die steigende Flanke 402 des dritten Lesespannungspulses der ersten Widerstands-Charakteristik-Kurve 304, die mit dem ersten Spannungswert V1 assoziiert ist, bis zum ersten Spannungswert V1. Beim Anlegen eines vierten Lesespannungspulses (mit der gleichen Polarität wie der erste Lesespannungspuls) mit einem zweiten Spannungswert V2 (der größer ist als der erste Spannungswert V1) als maximalem positiven Lesespannungswert +Vread,max behält die steigende Flanke 402 des zweiten Lesespannungspulses den Memristivzustand ms = ms (V1) bis zum ersten Spannungswert V1 bei (siehe 5D). Daher folgt die steigende Flanke 402 des zweiten Lesespannungspulses der ersten Widerstands-Charakteristik-Kurve 304, die mit dem ersten Spannungswert V1 assoziiert ist, bis zum ersten Spannungswert V1. Sobald der Spannungswert der steigenden Flanke 402 den ersten Spannungswert, V1, überschreitet (also größer ist als), wird der Memristivzustand ms von der memristiven Struktur 100 (kontinuierlich) verändert (ausgehend von dem Memristivzustand ms = ms (V1) zu dem Memristivzustand ms = ms (V2). Vom ersten Spannungswert V1 zum zweiten Spannungswert V2 folgt die steigende Flanke 402 des vierten Lesespannungspulses der Übergangskurve 302. Die fallende Flanke 404 des vierten Lesespannungspuls behält (d.h. ändert) den eingestellten (z.B. geschriebenen) Memristivzustand ms = ms (V2) bei, da der Spannungswert reduziert wird. Daher folgt die IV-Charakteristik während der fallenden Flanke 404 des vierten Lesespannungspulses der zweiten Widerstands-Charakteristik-Kurve 306, die mit dem zweiten Spannungswert, V2, assoziiert ist. Dies gilt in ähnlicher Weise für die Anwendung eines Lesespannungspulses, der einen höheren Spannungswert (bis zum höchsten Spannungswert) hat als ein zuvor angewendeter Lesespannungspuls. Wenn also ein (nachfolgende) fünfter Lesespannungspuls (mit der gleichen Polarität wie der zweite Lesespannungspuls) mit einem dritten Spannungswert, V3, (der größer ist als der zweite Spannungswert, V2,) als maximalen positiven Lesespannungswert, +Vread,max, angewendet wird, folgt die IV-Charakteristik der memristiven Struktur 100 während der steigenden Flanke 402 des fünften Lesespannungspulses der dem zweiten Spannungswert, V2, zugeordneten zweiten Widerstands-Charakteristik-Kurve 306 bis zum zweiten Spannungswert, V2, und folgt der Übergangskurve 302 vom zweiten Spannungswert, V2, zum dritten Spannungswert, V3. Die fallende Flanke 404 des fünften Lesespannungspulses hält den eingestellten Memristivzustand ms = ms (V3) und die IV-Charakteristik folgt daher der dritten Widerstands-Charakteristik-Kurve 308, die mit dem dritten Spannungswert, V3, assoziiert ist.
  • Gemäß verschiedenen Aspekten kann ein Memristivzustand der memristiven Struktur 100 entweder nicht-destruktiv (unter Beibehaltung des Memristivzustandes, siehe z.B. 6) oder destruktiv (was eine Veränderung des Memristivzustandes aufweist, siehe z.B. 7) gelesen werden.
  • Im Falle eines nicht-destruktiven Lesevorgangs kann sich die memristive Struktur 100 in einem Memristivzustand, ms (+Vprogram), befinden, der mit einem positiven Programmierspannungswert, +Vprogram, gleich oder größer als der maximale Lesespannungswert, +Vread,max, des Lesespannungspuls assoziiert ist. In diesem Fall, wie hierin beschrieben (z.B. in Bezug auf 5A bis 5E), verursacht die steigende Flanke 402 des Lesespannungspuls einen Strom durch die memristive Struktur 100 entsprechend der Widerstands-Charakteristik-Kurve, die dem Memristivzustand, ms (+Vprogram) entspricht. Durch die Anwendung des Lesespannungspulses kann also der Memristivzustand, ms (+Vprogram), mit der positiven Programmierspannung assoziiert bleiben. Dies ermöglicht es zum Beispiel, den Memristivzustand, ms (+Vprogram), von der memristiven Struktur 100 mehrfach zu lesen, solange der jeweilige maximale Lesespannungswert, +Vread,max, jedes Lesespannungspulses gleich oder niedriger ist als der positive Programmierspannungswert, +Vprogram (und natürlich innerhalb des gleichen Quadranten, d.h. mit der gleichen Polarität). Wenn die Lesespannung in einem Bereich zwischen der Basisspannung (z.B. 0 V) und dem maximalen Lesespannungswert, +Vread,max, kleiner als der Programmierspannungswert, +Vprogram, verändert wird, verursacht auch die fallende Flanke 404 des Lesespannungspulses einen Strom gemäß der Widerstands-Charakteristik-Kurve entsprechend dem Memristivzustand, ms (+Vprogram), (da der Memristivzustand durch den maximalen Lesespannungswert, +Vread,max, nicht verändert wird). Es versteht sich, dass in diesem Beispiel keine negativen Spannungen angelegt werden dürfen, da, wie hierin beschrieben, eine negative Spannung einen Memristivzustand in den dritten Quadranten der I/V-Kennlinie schreiben würde.
  • Im Falle eines destruktiven Lesens kann sich die memristive Struktur 100 in einem Memristivzustand, ms(+Vprogram), befinden, der mit einem positiven Programmierspannungswert, +Vprogram, assoziiert ist, der geringer ist als der maximale Lesespannungswert, +Vread,max, des Lesespannungspulses. In diesem Fall verursacht, wie hierin beschrieben (z.B. in Bezug auf 5A bis 5E), die steigende Flanke 402 des Lesespannungspuls, sobald der Spannungswert den positiven Programmierspannungswert, +Vprogram, überschreitet, einen Strom durch die memristive Struktur 100 gemäß der Übergangskurve (z.B. Übergangskurve 302). Daher kann die Anwendung des Lesespannungspulses den Memristivzustand von dem Memristivzustand, ms (+Vprogram), der mit der positiven Programmierspannung assoziiert ist, auf den Memristivzustand, ms (+Vread,max), der mit dem maximalen Lesespannungswert, +Vread,max assoziiert ist, verändern.
  • 6 zeigt ein Leseschema 600 zum (z.B. nicht-destruktiven oder destruktiven) Auslesen eines Memristivzustandes 608 der memristiven Struktur 100, gemäß verschiedenen Aspekten. Ein Leseschaltkreis 602 (in einigen Aspekten auch als Ausleseschaltkreis bezeichnet) kann derart eingerichtet sein, dass dieser den Memristivzustand 608 einer entsprechenden memristiven Struktur (z.B. einer memristiven Struktur einer Mehrzahl von memristiven Strukturen in einem Crossbar-Array) ausliest. Der Leseschaltkreis 602 kann derart eingerichtet sein, dass dieser ein Lesesignal (z.B. einen Lesespannungspuls oder einen Lesestrompuls, wie hierin beschrieben) an die memristive Struktur 100 anlegt.
  • Wie beschrieben, kann der Memristivzustand 608 nicht-destruktiv gelesen werden (z.B. kann sich die memristive Struktur 100 in einem Memristivzustand, ms(+Vprogram), befinden, der mit einem positiven Programmierspannungswert, +Vprogram, gleich oder größer als der maximale Lesespannungswert, +Vread,max, des Lesespannungspuls assoziiert ist.
  • Gemäß verschiedenen Aspekten kann der Leseschaltkreis 602 (in 604) zum Messen eines jeweiligen Lesestromwertes bei mindestens zwei (z.B. genau zwei, drei oder mehr als drei) verschiedenen Spannungswerten eingerichtet sein. Im Folgenden wird das Auslesen beispielhaft für genau zwei verschiedene Spannungswerte beschrieben; es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine beliebige Anzahl verschiedener Spannungswerte verwendet werden kann. Der Leseschaltkreis 602 kann zum Messen des jeweiligen Stromwertes an den (mindestens) zwei verschiedenen Spannungswerten innerhalb desselben Lesespannungspulses und/oder innerhalb zweier separater (z.B. aufeinander folgender) Lesespannungspulse eingerichtet sein. Gemäß einem Beispiel kann der Leseschaltkreis 602 zum Messen eines ersten Lesestromwertes, Iread1, bei einem ersten Lesespannungswert, Vread1, und eines zweiten Lesestromwertes, Iread2, bei einem zweiten Lesespannungswert, Vread2, während der Anwendung eines einzelnen Lesespannungspulses eingerichtet sein. Nach einem anderen Beispiel kann der Leseschaltkreis 602 eingerichtet sein, um den ersten Lesestromwert, Iread1, beim ersten Lesespannungswert, Vread1, während der Anwendung eines ersten Lesespannungspulses zu messen und den zweiten Lesestromwert, Iread2, beim zweiten Lesespannungswert, Vread2, während der Anwendung eines zweiten Lesespannungspulses zu messen. Der erste Lesespannungswert, Vread1, kann ein beliebiger Spannungswert zwischen der Basisspannung (z.B. 0 V) und der maximalen Lesespannung, Vread,max, des ersten Lesespannungspulses sein und der zweite Lesespannungswert, Vread2, kann ein beliebiger Spannungswert zwischen der Basisspannung (z.B., 0 V) und der maximalen Lesespannung, Vread,max, des zweiten Lesespannungspulses sein, solange der zweite Lesespannungswert, Vread2, vom ersten Lesespannungswert, Vread1, verschieden ist. Die maximale Lesespannung, Vread,max, des ersten Lesespannungspulses und die maximale Lesespannung, Vread,max, des zweiten Lesespannungspulses können die gleichen oder verschiedene Spannungswerte haben. Die Anwendung eines Lesespannungspulses und das Ermitteln (z.B. Messen) eines jeweiligen Lesestromwertes (z.B. mittels Messens einer Spannung in Antwort auf die Integration eines Stroms) bei zwei oder mehr (z.B. unterschiedlichen) Lesespannungswerten kann als Leseoperation bezeichnet sein. Daher kann der Leseschaltkreis 602 zum Ermitteln (z.B. Messen) des ersten Lesestromwertes, Iread1, über eine erste Messung und des zweiten Lesestromwertes, Iread2, über eine zweite Messung während einer einzigen Leseoperation eingerichtet sein. Wie hierin beschrieben, kann ein Stromwert durch direkte Messung eines Stromwerts oder durch Messung eines den Stromwert repräsentierenden Spannungswerts ermittelt werden. Zum Beispiel können ein oder mehrere Integratoren den Strom (über die Zeit) integrieren und einen Spannungswert ausgeben, der den integrierten Strom repräsentiert. Der Stromwert kann dann anhand des Spannungswertes, der den integrierten Strom repräsentiert, ermittelt werden. Unter anderen Aspekten kann alternativ zu den hierin beschriebenen IV-Charakteristiken eine Funktional-Korrelation zwischen der Spannung, die den integrierten Strom repräsentiert, und der gelesenen Spannung verwendet werden.
  • Für den Fall, dass die Lesespannung des Lesespannungspuls im Bereich zwischen der Basisspannung (z.B. 0 V) und dem Programmierspannungswert, +Vprogram, liegt, verursacht sowohl die steigende Flanke 402 als auch die fallende Flanke 404 des Lesespannungspuls einen Strom gemäß der Widerstands-Charakteristik-Kurve 606 entsprechend dem Memristivzustand, ms (+Vprogram), (da der Memristivzustand nicht verändert wird). Daher kann der erste gelesene Stromwert, Iread1, und/oder der zweite gelesene Stromwert, Iread2, an der steigenden Flanke 402 und/oder der fallenden Flanke 404 des Lesespannungspuls gemessen werden. Einem Beispiel zufolge können sowohl der erste gelesene Stromwert, Iread1, als auch der zweite gelesene Stromwert, Iread2, während der steigenden Flanke 402 oder der fallenden Flanke 404 des Lesespannungspulses gemessen werden. Nach einem anderen Beispiel kann der erste gelesene Stromwert, Iread1, während der steigenden Flanke 402 des Lesespannungspuls und der zweite gelesene Stromwert, Iread2, während der fallenden Flanke 404 des Lesespannungspuls gemessen werden, oder umgekehrt.
  • Im Falle eines destruktiven Lesens können sowohl der erste gelesene Stromwert, Iread1, als auch der zweite gelesene Stromwert, Iread2, während der steigenden Flanke 402 des Lesespannungspulses gemessen werden (da während der fallenden Flanke 404 die IV-Charakteristik der Widerstands-Charakteristik-Kurve des neu eingestellten Memristivzustandes, ms(+Vread,max), folgen kann).
  • Wie hierin beschrieben, kann die Widerstands-Charakteristik-Kurve charakteristisch für einen jeweiligen Memristivzustand sein, wodurch es möglich ist, den Memristivzustand basierend auf Informationen bezüglich (z.B. durch Kenntnis) der Widerstands-Charakteristik-Kurve (wie dem ersten Stromwert und dem zweiten Stromwert) zu ermitteln. Der Leseschaltkreis 602 kann zum Ermitteln des Memristivzustandes 608 unter Verwendung des ersten Lesestromwertes, Iread1, und des zweiten Lesestromwertes, Iread2, eingerichtet sein.
  • Gemäß verschiedenen Aspekten kann das Leseschema eine Programmierschaltung (z.B. einen Schreibschaltkreis) aufweisen, wekche derart eingerichtet ist, dass sie die memristive Struktur 100 in einen Memristivzustand versetzt (z.B. durch Anlegen der Programmierspannung).
  • 7 zeigt ein Leseschema 700 zum destruktiven Lesen des Memristivzustandes 608 der memristiven Struktur 100 (d.h. mittels Änderns des Memristivzustandes) gemäß verschiedenen Aspekten. Gemäß einigen Aspekten können der erste gelesene Stromwert, Iread1, und der zweite gelesene Stromwert, Iread2, während der steigenden Flanke 402 des Lesespannungspulses bei dem ersten Spannungswert, Vread1, und dem zweiten Spannungswert, Vread2, kleiner als eine Destruktiv-Spannung, Vdes, gemessen werden. Die Destruktiv-Spannung, Vdes, kann im Wesentlichen der Programmierspannung, +Vprogram, entsprechen. Daher können Spannungswerte, die höher als die Destruktiv-Spannung, Vdes, sind, den Memristivzustand der memristiven Struktur 100 verändern. So können der erste gelesene Stromwert, Iread1, und der zweite gelesene Stromwert, Iread2, während der steigenden Flanke 402 des Lesespannungspulses an der Widerstands-Charakteristik-Kurve 606 gemessen werden, die mit dem Memristivzustand, ms (+Vprogram) assoziiert ist, der zuvor durch Anlegen der Programmierspannung, +Vprogram, eingestellt wurde. Zusätzlich oder alternativ kann der Leseschaltkreis 602 (z.B. in 704) zum Ermitteln der Destruktiv-Spannung, Vdes(und optional auch des Destruktiv-Stroms, Ides, entsprechend der Destruktiv-Spannung, Vdes) eingerichtet sein. Zum Beispiel kann der Leseschaltkreis 062 (z.B. kontinuierlich) den Strom durch die memristive Struktur 100 in Abhängigkeit von der angelegten Spannung messen und die Änderung der Steigung der gemessenen Stromkurve (z.B. von der Widerstandskennlinie 606 zur (z.B. linearen) Übergangskurve 302) ermitteln. Da die Destruktiv-Spannung, Vdes, im Wesentlichen der Programmierspannung, +Vprogram, entsprechen kann, kann der Leseschaltkreis 602 zum Ermitteln des Memristivzustandes als ms (+Vdes) eingerichtet sein.
  • Im Falle eines nicht-destruktiven Lesens können die Programmierspannungswerte (mit denen ein jeweiliger Memristivzustand eingestellt werden kann) innerhalb eines vordefinierten Programmierspannungsbereichs liegen. Um den Memristivzustand 608 nicht-destruktiv lesen zu können, muss die maximale Lesespannung, Vread,max, gleich oder niedriger als eine untere Grenze des vordefinierten Programmierspannungsbereichs sein. Dies kann sowohl den vordefinierten Programmierspannungsbereich als auch den Bereich für die maximale Lesespannung, Vread,max, begrenzen. Daher kann ein begrenzter vordefinierter Programmierspannungsbereich auch die Anzahl der möglichen Memristivzustände, in die die memristive Struktur 100 eingestellt werden kann, einschränken. Andererseits erlaubt das nichtdestruktive Lesen, die memristive Struktur 100 mehrfach und/oder innerhalb verschiedener Teile des Lesespannungspulses (z.B. während der steigenden Flanke 402 und der fallenden Flanke 404) und/oder innerhalb verschiedener Lesespannungspulse zu lesen. Auch wenn ein destruktives Auslesen nur das Auslesen des Memristivzustandes an der steigenden Flanke 402 des Lesespannungspulses erlaubt, begrenzt das destruktive Auslesen den maximalen Lesespannungswert, Vread,max, nicht auf einen Wert unterhalb der unteren Grenze des vordefinierten Programmierspannungsbereichs. Dies ermöglicht es, einen größeren Bereich für die Programmierspannung zu nutzen und dadurch die Anzahl der möglichen Memristivzustände zu erhöhen.
  • 8A zeigt ein Leseschema 800 zum (z.B. nicht-destruktiven oder destruktiven) Lesen des Memristivzustandes 608 der memristiven Struktur 100, gemäß verschiedenen Aspekten. Der Leseschaltkreis 602 kann zum Ermitteln (z.B. Messen) einer Strom/Spannungs-Charakteristik (IV) des memristiven Bauelements 100 eingerichtet sein. Zum Beispiel kann der Leseschaltkreis 602 zum Messen (in 804) mindestens eines Teils (z.B. innerhalb eines vordefinierten Spannungsbereichs) der Widerstands-Charakteristik-Kurve (Strom-Spannung) 806 eingerichtet sein, die dem Memristivzustand, ms (+Vprogram), entspricht, in dem sich die memristive Struktur 100 befindet. Der Leseschaltkreis 602 kann zum Messen der (z.B., eines Teils der) Widerstands-Charakteristik-Kurve 806 eingerichtet sein, indem ein jeweiliger Stromwert bei einer Mehrzahl von Spannungswerten (z.B. bei vordefinierten Spannungsschritten oder in vordefinierten Zeitschritten) gemessen wird. Zum Beispiel kann der Leseschaltkreis 602 derart eingerichtet sein, dass dieser eine Lesespannungssequenz auf die memristive Struktur 100 zum Verursachen einer entsprechenden Stromsequenz durch die memristive Struktur 100 anwendet und (z.B. in vordefinierten Zeitschritten oder vordefinierten Spannungsschritten) Stromwerte der verursachten entsprechenden Stromsequenz misst.
  • Gemäß verschiedenen Aspekten kann der Leseschaltkreis 602 derart eingerichtet sein, dass dieser (in 808) die (z.B. gemessene) Widerstands-Charakteristik-Kurve 806 fittet (z.B. um eine Fit-Kurve 810 zu ermitteln). Der Leseschaltkreis 602 kann derart eingerichtet sein, dass dieser die Widerstands-Charakteristik-Kurve 806 mittels eines physikalischen Modells fittet. Das physikalische Modell kann auf einem oder mehreren Statischen-Zustand-Parametern basieren. Der Leseschaltkreis 602 kann zum Ermitteln eines jeweiligen Statischer-Zustand-Parameterwertes für mindestens einen (z.B. jeden) der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameter eingerichtet sein. Daher kann der Leseschaltkreis 602 zum Ermitteln ein oder mehrerer Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 eingerichtet sein. Auch wenn das Fitten der Widerstands-Charakteristik-Kurve 806 und das Ermitteln ein oder mehrerer Statischer-Zustand-Parameterwerte hier als durch den Leseschaltkreis 602 ausgeführt beschrieben wird, kann selbstverständlich jede andere Art von Prozessor für diese Prozesse verwendet werden.
  • Ein „Statischer-Zustand-Parameter“, wie er hier verwendet wird, kann (z.B. physikalische, elektrische, chemische, etc.) Eigenschaften (oder andere herstellungsbezogene Eigenschaften) einer memristiven Struktur beschreiben. Somit können die Statischer-Zustand-Parameter mit den (Memristor-)Eigenschaften der memristiven Struktur korreliert sein. Ein „Statischer-Zustand-Parameterwert“, wie hierin verwendet, kann ein Wert eines solchen Statischer-Zustand-Parameters sein. Der Statischer-Zustand-Parameterwert kann indikativ sein (z.B. eindeutig zugeordnet sein) für den Memristivzustand, ms, in dem sich die memristive Struktur befindet. Der/die Statischer-Zustand-Parameter kann/können daher die Memristivzustände der memristiven Struktur charakterisieren und ein Wert des/der Statischer-Zustand-Parameter(s) (d.h. der/die Statischer-Zustand-Parameterwert(e)) kann für einen jeweiligen Memristivzustand „statisch“ sein.
  • Gemäß verschiedenen Aspekten kann das physikalische Modell (z.B. zum Fitten der Widerstands-Charakteristik-Kurve 806) gegeben sein mittels: V = A k B T q log ( I B + 1 ) ( 1 + C k B T q log ( I B + 1 ) ) + I ⋅ D ,
    Figure DE102022125339A1_0001
    wobei: V die angelegte Lesespannung sein kann, I der Strom durch die memristive Struktur als Reaktion auf das Anlegen der Lesespannung sein kann, kB die Boltzmann-Konstante sein kann, T die Temperatur der memristiven Struktur sein kann, q die Elektronenladung sein kann, und A, B, C, und D jeweils ein Statischer-Zustand-Parameter sein können. In diesem Beispiel kann das physikalische Modell also vier Statischer-Zustand-Parameter aufweisen. Es versteht sich, dass sich die Statischer-Zustand-Parameter nicht ändern, wenn eine entsprechende Widerstands-Charakteristik-Kurve von Zweig 2 und/oder Zweig 4 gemessen wird.
  • Der Statischer-Zustand-Parameter A kann eine Idealität von der memristiven Struktur 100 darstellen. Zum Beispiel kann ein Idealitätsfaktor, n, gegeben sein durch n = A(1 + C ∗Videal). Die ideale Spannung, Videal, kann gegeben sein durch: k B T q log ( I I S + 1 ) .
    Figure DE102022125339A1_0002
  • Nach einem Beispiel kann der Statischer-Zustand-Parameter B einen Rückwärts-Sättigungsstrom, IS, durch die memristive Struktur 100 als Reaktion auf das Anlegen der Lesespannung darstellen. Der Rückwärts-Sättigungsstrom, IS, kann im Wesentlichen proportional zu e − Φ B k B T
    Figure DE102022125339A1_0003
    sein. Der Statischer-Zustand-Parameter D kann einen Serienwiderstand, RS, von der memristiven Struktur 100 darstellen. Der Serienwiderstand, RS, kann gegeben sein durch: R S = R m a x − ( R m a x − R m i n ) ∗ 2 π ∗ a r c t a n ( 10 ∗ I I m a x ) ,
    Figure DE102022125339A1_0004
    wobei Rmax ein maximaler Widerstand und Rmin ein minimaler Widerstand der memristiven Struktur 100 ist, und wobei Imax ein maximaler Strom durch die memristive Struktur 100 ist. 8B zeigt gemessene IV-Charakteristiken für vier verschiedene memristive Strukturen 814, 816, 818, 820 und jeweils ermittelte Statischer-Zustand-Parameter unter Verwendung des obigen Physikalischen Modells (mit A=n0, B=IS, C=K, and D=RS).
  • Nach einem anderen Beispiel kann der Statischer-Zustand-Parameter B ein Verhältnis ( I S A )
    Figure DE102022125339A1_0005
    zwischen dem Rückwärts-Sättigungsstrom, IS, und einer Fläche, Amem, von der memristiven Struktur 100 darstellen. Der Statischer-Zustand-Parameter D kann ein Produkt (Rs ∗ Amem) aus dem Rückwärts-Sättigungsstrom, IS, und der Fläche, Amem, der memristiven Struktur 100 darstellen. In diesem Beispiel kann das physikalische Modell die Stromdichte als eine Funktion der Spannung modellieren. 8C zeigt die Stromdichte-Spannungs-Charakteristik für die vier verschiedenen memristiven Strukturen 814, 816, 818, 820 aus 8B und die jeweils ermittelten Statischer-Zustand-Parameter unter Verwendung des obigen Physikalischen Modells (mit A=n0, B = I S A ,
    Figure DE102022125339A1_0006
    C=K, and D=RS∗Amem).
  • Wie oben beschrieben, zeigt 3B eine entsprechende (individuelle) Widerstands-Charakteristik-Kurve für fünf verschiedene Memristivzustände, die über eine jeweilige Programmierspannung eingestellt werden (6 V, 6,5 V, 7 V, 7,5 V, und 8 V). 8D zeigt den Statischer-Zustand-Parameter D, der der Serienwiderstand ist, und den Statischer-Zustand-Parameter B, der der Rückwärts-Sättigungsstrom ist, die jeweils für jeden dieser fünf verschiedenen Memristivzustände unter Verwendung des obigen Physikalischen Modells ermittelt wurden. Wie anschaulich gezeigt, verhalten sich die Statischer-Zustand-Parameter im Wesentlichen linear und charakterisieren die physikalischen Eigenschaften der memristiven Struktur.
  • Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf 9 bis 14 verschiedene Verarbeitungsschemata beschrieben, welche die ermittelten ein oder mehrere Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 verwenden. Zumindest ein Teil der Verarbeitung kann von mindestens einem Prozessor 902 durchgeführt werden.
  • Der Begriff „Prozessor“, wie er hier verwendet wird, kann als jede Art von Entität verstanden werden, die Daten und/oder Signale verarbeiten kann. Zum Beispiel können die Daten oder Signale entsprechend mindestens einer (d.h. ein oder mehreren) spezifischen Funktion verarbeitet werden, die der Prozessor ausführt. Ein Prozessor kann eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung, eine Schaltung mit gemischten Signalen, eine Logikschaltung, einen Mikroprozessor, eine Zentraleinheit (CPU), eine Grafikeinheit (GPU), einen digitalen Signalprozessor (DSP), ein programmierbares Gatter-Array (FPGA), eine integrierte Schaltung oder eine beliebige Kombination davon aufweisen oder sein. Jede andere hierin beschriebene Methode zur Implementierung der jeweiligen Funktionen kann auch einen Prozessor oder eine Logikschaltung aufweisen. Es versteht sich, dass ein oder mehrere der hier im Detail beschriebenen Verfahrensschritte von einem Prozessor ausgeführt (z.B. implementiert) werden können, und zwar durch ein oder mehrere spezifische Funktionen, die der Prozessor ausführt. Der Prozessor kann daher derart eingerichtet sein, dass dieser jedes der hierin beschriebenen Informationsverarbeitungsverfahren oder Komponenten davon ausführt.
  • Gemäß dem in 9 dargestellten Verarbeitungsschema 900 kann der mindestens eine Prozessor 902 derart eingerichtet sein, dass dieser unter Verwendung von einem oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten 812 ein oder mehrere Betriebsparameter 904 auswählt (z.B. anfänglich auswählt oder anpasst), die mit einem Betrieb von der memristiven Struktur 110 assoziiert sind (z.B. als Funktion von den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten). Zum Beispiel kann das Verarbeitungsschema 900 eine Analyse von ein oder mehreren memristiven Strukturen (z.B. eine Mehrzahl von memristiven Strukturen einer Vorrichtung) aufweisen. Diese Analyse kann das Ermitteln von einem oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten 812 aufweisen. Da diese ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 die jeweiligen (z.B. physikalischen und/oder elektrischen) Eigenschaften der ein oder mehreren memristiven Strukturen repräsentieren, ermöglicht dies die Auswahl entsprechender Betriebsparameter 904, mit denen die ein oder mehreren memristiven Strukturen betrieben werden können. Solche Betriebsparameter 904 können z.B. eine Lesespannung, eine Programmierspannung (z.B. Schreibspannung), ein Lesestrom, ein Programmierstrom (z.B. Schreibstrom) und/oder eine Betriebstemperatur sein. Wie oben gezeigt, kann das physikalische Modell von der Temperatur der memristiven Struktur abhängen. Die Kenntnis der jeweiligen Werte des/der Statischer-Zustand-Parameter(s) ermöglicht es zum Beispiel, eine Strom-Spannungs-Kennlinie bei einem anderen Temperaturwert zu ermitteln. Zum Beispiel kann so das Verhalten der memristiven Struktur bei einer anderen (z.B. nicht gemessenen) Temperatur simuliert werden (siehe z.B. die Beschreibung unter Bezugnahme auf 10). Gemäß einigen Aspekten können die Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 während der Verwendung der Vorrichtung ermittelt werden, welche die ein oder mehreren memristiven Strukturen enthält. In diesem Fall können die Betriebsparameter 904, die für den Betrieb der ein oder mehreren memristiven Strukturen verwendet werden, basierend auf den ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten 812 angepasst werden. Zum Beispiel können sich einige (z.B. physikalische, elektrische, chemische, etc.) Eigenschaften der memristiven Struktur im Laufe der Zeit ändern. Die Verwendung des Physikalischen Modells zum Ermitteln eines oder mehrerer Statischer-Zustand-Parameter 812 kann es ermöglichen, eine solche Veränderung festzustellen und damit die Betriebsparameter 904 an die veränderten Eigenschaften anzupassen. Dies kann die Lebensdauer, Genauigkeit, Zuverlässigkeit usw. der Vorrichtung erhöhen.
  • Gemäß dem in 10 dargestellten Verarbeitungsschema 1000 kann der mindestens eine Prozessor 902 derart eingerichtet sein, dass dieser eine Simulation 1002 unter Verwendung der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 durchführt. Die Simulation 1002 kann eine Simulation des Verhaltens eines Memristiv-Schaltkreises aufweisend ein oder mehrere memristive Strukturen sein. Diese ein oder mehreren memristiven Strukturen können in Übereinstimmung mit der memristiven Struktur 100 eingerichtet sein, für die ein oder mehrere Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 ermittelt werden. Diese Art der Simulation kann als elektronische Schaltungssimulation bezeichnet sein. So können die Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 für eine hergestellte memristive Struktur gemessen werden und dann wird das Verhalten eines Memristiv-Schaltkreises, der ein oder mehrere (z.B. eine Mehrzahl von) solcher memristiven Strukturen enthält, simuliert (in 1002). Zum Beispiel kann die Simulation 1002 das Variieren eines oder mehrerer Simulations-Parameter aufweisen, die mit einem Betrieb des Memristiv-Schaltkreises assoziiert sind. Diese Simulations-Parameter können zum Beispiel aufweisen eine Temperatur des Memristiv-Schaltkreises (oder optional eine entsprechende Temperatur für jede memristive Struktur des Memristiv-Schaltkreises), eine Programmier- (z.B. Schreib-) Spannung zum Setzen eines Memristivzustandes, einen Programmier- (z.B. Schreib-) Strom zum Setzen eines Memristivzustandes, eine Lesespannung zum Lesen des Memristivzustandes der memristiven Struktur, einen Lesestrom zum Lesen des Memristivzustandes der memristiven Struktur, einen beabsichtigten Strom durch die memristive Struktur als Reaktion auf das Anlegen einer entsprechenden Lesespannung (Puls) und/oder eine beabsichtigte Spannung an der memristiven Struktur als Reaktion auf das Anlegen eines entsprechenden Lesestroms (Puls). Beispielsweise können ein oder mehrere Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 der hergestellten memristiven Struktur bei einem ersten Temperaturwert gemessen werden und die Simulation 1002 kann das Verhalten des Memristiv-Schaltkreises bei einem zweiten Temperaturwert simulieren, der sich vom ersten Temperaturwert unterscheidet (z.B. unter Verwendung des hierin beschriebenen physikalischen Modells). Gemäß verschiedenen Aspekten kann jeder Statischer-Zustand-Parameterwert der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 mit einem entsprechenden Fehler assoziiert sein. Dabei kann die Simulation 1002 des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises unter Berücksichtigung des jeweiligen Fehlers (z.B. als Rauschen) von den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten 812 durchgeführt werden. Gemäß verschiedenen Aspekten kann der ermittelte ein oder mehrere Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 durch Messung des entsprechenden (physikalischen) Parameters, der dem jeweiligen Statischer-Zustand-Parameter zugrunde liegt, überprüft werden. Zum Beispiel kann ein jeweiliger Zustandsparameterwert der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 in dem Fall verifiziert werden, dass eine Differenz zwischen dem gemessenen Wert des Parameters und dem ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwert weniger ist als ein vordefinierter Verifikationswert. Gemäß verschiedenen Aspekten kann der mindestens eine Prozessor 902 zum Ermitteln einer jeweiligen funktionalen Korrelation zwischen den ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten 812 und den Memristivzuständen, ms, eingerichtet sein (z.B. wie in 8D gezeigt). Die Simulation 1002 kann die Extrapolation dieser Funktionskorrelation aufweisen. Dies ermöglicht zum Beispiel die Simulation einer entsprechenden Widerstands-Charakteristik-Kurve für jeden (z.B. nicht gemessenen) Memristivzustand.
  • Gemäß dem in 11 dargestellten Verarbeitungsschema 1100 kann der mindestens eine Prozessor 902 derart eingerichtet sein, dass dieser die Simulation 1002 (z.B. aufweisend ein Variieren der ein oder mehreren mit dem Betrieb des Memristiv-Schaltkreises assoziierten Simulations-Parameter) unter Verwendung der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 durchführt und die ein oder mehreren Betriebsparameter 904 für den Betrieb des Memristiv-Schaltkreises basierend auf einem Ergebnis der Simulation 1002 ermittelt.
  • Gemäß dem in 11 dargestellten Verarbeitungsschema 1100 kann der mindestens eine Prozessor 902 derart eingerichtet sein, dass dieser eine Validierung 1202 von mindestens einer memristiven Struktur (z.B. für jede memristive Struktur eines Memristiv-Schaltkreises aufweisend eine Mehrzahl von memristiven Strukturen) unter Verwendung der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 durchführt. Jeder Statischer-Zustand-Parameter kann mit einem entsprechenden vordefinierten Validierungsbereich von Statischer-Zustand-Parameterwerten assoziiert sein.
  • Der mindestens eine Prozessor 902 kann eingerichtet sein zum Ermitteln, für mindestens einen für die mindestens eine memristive Struktur ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwert, ob der mindestens eine Statischer-Zustand-Parameterwert innerhalb des vordefinierten Validierungsbereichs liegt, der mit dem Statischer-Zustand-Parameter assoziiert ist. Der mindestens eine Prozessor 902 kann derart eingerichtet sein, dass dieser die mindestens eine memristive Struktur validiert, falls der mindestens eine Statischer-Zustand-Parameterwert innerhalb des vordefinierten Validierungsbereichs liegt, der dem Statischer-Zustand-Parameter zugeordnet ist.
  • Gemäß verschiedenen Aspekten kann der mindestens eine Prozessor 902 eingerichtet sein zum jeweiligen Ermitteln, für jeden für die mindestens eine memristive Struktur ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwert, ob der Statischer-Zustand-Parameterwert innerhalb des mit dem Statischer-Zustand-Parameter assoziierten vordefinierten Validierungsbereichs liegt. Der mindestens eine Prozessor 902 kann eingerichtet sein zum Validieren der mindestens einen memristiven Struktur für den Fall, dass jeder Statischer-Zustand-Parameter innerhalb des jeweiligen vordefinierten Validierungsbereichs liegt. Wenn also mindestens ein Statischer-Zustand-Parameter nicht innerhalb des vordefinierten Validierungsbereichs liegt, kann der mindestens eine Prozessor 902 die mindestens eine memristive Struktur nicht validieren (z.B. für ungültig erklären).
  • Gemäß verschiedenen Aspekten kann ein Memristiv-Schaltkreis eine Mehrzahl von memristiven Strukturen aufweisen. Der mindestens eine Prozessor 902 eingerichtet sein zum Ermitteln von jeweiligen ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten 812 für jede memristive Struktur der Mehrzahl von memristiven Strukturen. Der mindestens eine Prozessor 902 kann derart eingerichtet sein, dass dieser jede der memristiven Strukturen wie oben beschrieben validiert. Zum Beispiel kann der mindestens eine Prozessor 902 derart eingerichtet sein, dass dieser eine jeweilige memristive Struktur der Mehrzahl von memristiven Strukturen validiert, wenn jeder Statischer-Zustand-Parameterwert der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 innerhalb des jeweils zugehörigen vordefinierten Validierungsbereichs liegt. Gemäß einigen Aspekten kann in dem Fall, dass eine memristive Struktur nicht validiert (z.B. für ungültig erklärt) wird, die memristive Struktur z.B. während des Gebrauchs nicht adressiert werden. Wie hierin beschrieben, können ein oder mehrere Statischer-Zustand-Parameterwerte während der Nutzung des Memristiv-Schaltkreises ermittelt werden. In diesem Fall kann die hierin beschriebene Validierung (z.B. zusätzlich) während des Gebrauchs durchgeführt werden. Dies ermöglicht ein „Aussortieren“ von memristiven Strukturen, die sich während des Gebrauchs ändern (z.B. deren Eigenschaften sich ändern), so dass diese memristiven Strukturen während des Gebrauchs z.B. nicht weiter adressiert werden können. Dies gewährleistet die Zuverlässigkeit, Lebensdauer, Datensicherheit, etc. des Memristiv-Schaltkreises. Gemäß verschiedenen Aspekten kann der mindestens eine Prozessor 902 derart eingerichtet sein, dass dieser den Memristiv-Schaltkreis validiert, wenn jede memristive Struktur der Mehrzahl von memristiven Strukturen validiert wird. Es wird darauf hingewiesen, dass der jeweils zugeordnete vordefinierte Validierungsbereich als Beispiel dient und dass ein oder mehrere andere Kriterien zur Validierung verwendet werden können. Ein solches Kriterium kann z.B. eine Variation der Werte eines Statischer-Zustand-Parameters unter der Mehrzahl von memristiven Strukturen sein (z.B. eine Abweichung von einem Durchschnitt über die Mehrzahl von memristiven Strukturen). Zum Beispiel kann der mindestens eine Prozessor 902 derart eingerichtet sein, dass dieser für jede memristive Struktur der Mehrzahl von memristiven Strukturen einen entsprechenden Wert für ein oder mehrere Statischer-Zustand-Parameter bestimmt. Der mindestens eine Prozessor 902 kann derart eingerichtet sein, dass dieser für mindestens einen (z.B. jeden) Statischer-Zustand-Parameter der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameter jeweils eine Variation der ermittelten Werte ermittelt und ob diese ermittelte Variation gleich oder kleiner als eine vordefinierte Schwellenvariation ist. Der mindestens eine Prozessor 902 kann derart eingerichtet sein, dass dieser den Memristiv-Schaltkreis für den Fall validiert, dass für den mindestens einen (z.B. jeden) Statischer-Zustand-Parameter der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameter die Variation gleich oder geringer als die vordefinierte Schwellenwertvariation ist. Daher kann für jeden der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameter eine entsprechende Variation (z.B. ein Variationswert) ermittelt werden und der Memristiv-Schaltkreis kann validiert werden, wenn jede der ermittelten Variationen gleich oder kleiner als die vordefinierte Schwellenvariation ist. Gemäß einigen Aspekten kann der Memristiv-Schaltkreis für ungültig erklärt werden, wenn eine Abweichung der Werte von mindestens einem Statischer-Zustand-Parameter größer als der Schwellenwert ist. Dies gewährleistet konsistente (unveränderliche) Eigenschaften der memristiven Strukturen des Memristiv-Schaltkreises und erhöht so beispielsweise die Zuverlässigkeit des Memristiv-Schaltkreises. Die Variation der (Statischer-Zustand-Parameter-) Werte eines Statischer-Zustand-Parameters kann zum Beispiel eine Abweichung von einem Durchschnittswert sein. Dieser Durchschnittswert kann zum Beispiel durch Mittelung der ermittelten (Statischer-Zustand-Parameter-) Werte des Statischer-Zustand-Parameters über die Mehrzahl von memristiven Strukturen ermittelt werden.
  • Gemäß verschiedenen Aspekten kann eine memristive Struktur (z.B. jede memristive Struktur des Memristiv-Schaltkreises) (nacheinander) in verschiedene Memristivzustände gesetzt werden und in jedem Memristivzustand kann eine entsprechende Validierung durchgeführt werden, wie hierin beschrieben.
  • Die Verwendung der (Statischer-Zustand-Parameter)-Werte von einem oder mehreren Statischer-Zustand-Parametern zur Validierung eines Memristiv-Schaltkreises kann ein objektiveres Kriterium für die Zertifizierung des Memristiv-Schaltkreises sein als herkömmlich verwendete Zertifizierungskriterien (z.B. da die Statischer-Zustand-Parameter direkt (z.B. physikalische, elektrische, etc.) Eigenschaften (und Variationen dieser Eigenschaften) der memristiven Strukturen des Memristiv-Schaltkreises beschreiben).
  • Wie hierin beschrieben, können die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameter ein Indikator für den Memristivzustand sein, in dem sich die memristive Struktur befindet. Die ermittelten ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte erlauben es daher, den Memristivzustand, ms, der memristiven Struktur zu ermitteln. Gemäß dem in 13 gezeigten Verarbeitungsschema 1300 kann der Leseschaltkreis 602 derart eingerichtet sein, dass dieser unter Verwendung eines oder mehrerer Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 den Memristivzustand 608 der memristiven Struktur 100 ermittelt (z.B. klassifiziert). Wie hierin beschrieben, kann eine memristive Struktur in einem von über einhundert (z.B. mehr als 200, z.B. mehr als 500) verschiedenen Memristivzuständen sein. Da die Unterschiede zwischen den Widerstands-Charakteristik-Kurven der verschiedenen Memristivzustände gering sein können (z.B. bei Verwendung von nur einem Lesespannungswert), kann die Verwendung nur des Stromwertes, der einem Lesespannungswert entspricht, es nicht erlauben, zwischen jedem dieser verschiedenen Memristivzustände zu unterscheiden. Da jedoch die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameter 812 direkt die Widerstands-Charakteristik-Kurven der verschiedenen Memristivzustände kennzeichnen, kann die Verwendung der Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 es ermöglichen, zwischen einer größeren Anzahl (z.B. jedem) der verschiedenen Memristivzustände zu differenzieren. Dies ermöglicht auch die Verwendung von einer größeren Anzahl von Logik-Zuständen. Zum Beispiel kann die memristive Struktur mit über einhundert verschiedenen Logik-Zuständen assoziiert sein. Gemäß dem in 14 gezeigten Verarbeitungsschema (z.B. Leseschaltkreis 1400) kann der Leseschaltkreis 602 derart eingerichtet sein, dass dieser unter Verwendung der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 einen Logik-Zustand 1402 (von zwei oder mehr Logik-Zuständen) der memristiven Struktur 100 bestimmt (z.B. klassifiziert). Gemäß verschiedenen Aspekten kann jeder Logik-Zustand der zwei oder mehr Logik-Zustände mit einem oder mehreren Memristivzuständen der memristiven Struktur assoziiert sein. Daher kann mehr als ein Memristivzustand mit demselben Logik-Zustand verknüpft sein. Alternativ kann jeder Memristivzustand mit dem jeweiligen Logikzustand verknüpft sein. Für verschiedene Möglichkeiten, den Logik-Zustand einer memristiven Struktur zu ermitteln, siehe auch die Beschreibung unter Bezugnahme auf 15 bis 17.
  • 15 zeigt eine Vorrichtung 1500 gemäß verschiedenen Aspekten. Die Vorrichtung 1500 kann z.B. eine Speichervorrichtung, ein Speicher und/oder eine Verarbeitungsvorrichtung sein. Die Vorrichtung 1500 kann zum Beispiel als Backup-Speicher (z.B. für BIOS-Konfigurationsdaten) verwendet werden, da memristive Strukturen schneller sind als Transistoren. In einem weiteren Beispiel kann die Vorrichtung 1500 als Arbeitsspeicher (z.B. ein resistiver Direktzugriffsspeicher, ReRAM) verwendet werden, da memristive Strukturen nicht von plötzlichen Stromausfällen betroffen sind. Ein weiteres Beispiel ist, dass die Vorrichtung 1500 für Intemet-of-Things-Anwendungen verwendet werden kann, da memristive Strukturen aufgrund der nichtflüchtigen Datenspeicherung Daten ohne Energieverbrauch speichern können und somit weniger Energie benötigen. Ein weiteres Beispiel kann die Vorrichtung 1500 eine reprogrammierbare Logikvorrichtung oder eine rekonfigurierbare Rechenvorrichtung sein. Die Vorrichtung 1500 kann zum Beispiel eine Vorrichtung für neuromorphes Rechnen sein, da die Mehrzahl von Memristivzuständen als Gradient für das neuromorphe Rechnen dienen kann. Die Vorrichtung 1500 kann z.B. für die Berechnung von neuronalen Netzwerken verwendet werden, da die Mehrzahl von Memristivzuständen einen Gradienten darstellen kann, der die Gewichte (und/oder Verzerrungen) innerhalb des neuronalen Netzwerks repräsentiert. Die Vorrichtung 1500 kann auch eine Near-Memory-Computing-Vorrichtung oder eine In-Memory-Computing-Vorrichtung sein. Dabei können einige memristive Strukturen der Vorrichtung 1500 Rechenprozesse ausführen und andere memristive Strukturen der Vorrichtung 1500 können zum Speichern von Daten verwendet werden.
  • Die Vorrichtung 1500 kann einen Memristiv-Schaltkreis 1502 aufweisen. Der Memristiv-Schaltkreis 1502 kann ein oder mehrere (z.B. eine Mehrzahl von) memristive Strukturen aufweisen. Der Memristiv-Schaltkreis 1502 kann den Leseschaltkreis 602 aufweisen. Der Leseschaltkreis 602 kann derart eingerichtet sein, dass dieser jede der ein oder mehreren (z.B. eine Mehrzahl von) memristiven Strukturen (z.B. individuell) anspricht. Der Leseschaltkreis 602 kann derart eingerichtet sein, dass dieser einen jeweiligen Memristivzustand 608 und/oder einen jeweiligen Logik-Zustand 1402 von jeder der ein oder mehreren (z.B. mehreren) memristiven Strukturen liest. Gemäß einigen Aspekten kann der Leseschaltkreis 602 derart eingerichtet sein, dass dieser einen jeweiligen Memristivzustand 608 und/oder einen jeweiligen Logik-Zustand 1402 einer jeweiligen memristiven Struktur z.B. mindestens zweimal (z.B. über mindestens zwei Messungen) während einer einzigen Leseoperation unter Verwendung verschiedener Lesespannungswerte oder verschiedener Lesestromwerte liest, wie hierin beschrieben (siehe z.B. die Beschreibung mit Bezug auf 6 bis 8A). Es versteht sich, dass die Messung der Widerstands-Charakteristik-Kurve, wie hierin beschrieben, die Messung mehrerer Datenpunkte, I(V) oder V(I), und damit mehrere Messungen aufweisen kann. Es versteht sich jedoch auch, dass diese Messungen während desselben Lesevorgangs durchgeführt werden können (z.B. während des Anlegens eines einzigen Messsignals (z.B. eines Messpulses)).
  • Zum Beispiel für den Fall, dass der Leseschaltkreis 602 eingerichtet ist zum Ermitteln (z.B. Messen) des ersten Stromwertes, Iread1, entsprechend dem ersten Spannungswert, Vread1, und des zweiten Stromwertes, Iread2, entsprechend dem zweiten Spannungswert, Vread2 (siehe 6 und entsprechende Beschreibung), kann der Leseschaltkreis 602 eingerichtet sein, um einen ersten erwarteten Memristivzustand der memristiven Struktur 100 unter Verwendung des ersten Stromwertes, Iread1, zu ermitteln und einen zweiten erwarteten Memristivzustand der memristiven Struktur 100 unter Verwendung des zweiten Stromwertes, Iread2, zu ermitteln. Der Leseschaltkreis 602 kann zum Ermitteln des Memristivzustandes der memristiven Struktur 100 basierend auf dem ermittelten ersten erwarteten Memristivzustand und dem ermittelten zweiten erwarteten Memristivzustand eingerichtet sein. Zum Beispiel kann der Leseschaltkreis 602 zum Ermitteln eingerichtet sein, ob der erste erwartete Memristivzustand zu dem zweiten erwarteten Memristivzustand korrespondiert, den ersten erwarteten Memristivzustand als den Memristivzustand der memristiven Struktur 100 in dem Fall zu bestimmen, dass der erste erwartete memristive Zustand zu dem zweiten erwarteten Memristivzustand korrespondiert. Anschaulich wird der Memristivzustand der memristiven Struktur 100 mindestens zwei (z.B. genau zwei, drei, mehr als drei) Mal bei unterschiedlichen Spannungs- (oder Strom-) Werten ausgelesen und der Memristivzustand wird basierend auf diesen mindestens zwei Messungen ermittelt. Wie hierin beschrieben, können die Unterschiede zwischen den Widerstands-Charakteristik-Kurven der verschiedenen Memristivzustände gering sein. Daher kann die Verwendung von mindestens zwei Messungen während eines einzigen Lesevorgangs die Unterscheidung zwischen mehr Memristivzuständen ermöglichen als die Verwendung von nur einer Messung.
  • Wie hierin beschrieben, kann jeder Datenpunkt, I(V), auf der Übergangskurve 302 (eindeutig oder bijektiv) einem Memristivzustand, ms (V), der Mehrzahl von Memristivzuständen entsprechen. Für den Fall, dass der Leseschaltkreis 602 zum Ermitteln der Destruktiv-Spannung, Vdes (siehe 7 und entsprechende Beschreibung), während einer einzigen Leseoperation eingerichtet ist, können sogar mehr Memristivzustände im Vergleich zur Verwendung von zwei Messungen während der Leseoperation unterschieden werden.
  • Für den Fall, dass der Leseschaltkreis 602 zum Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 eingerichtet ist (siehe z.B. 8A bis 8D und entsprechende Beschreibung), können sogar mehr Memristivzustände im Vergleich zur Verwendung der beiden Messungen und im Vergleich zur Verwendung der Destruktiv-Spannung unterschieden werden. Es versteht sich, dass die Fähigkeit, zwischen mehr Memristivzuständen zu unterscheiden, es erlaubt, mehr Logik-Zustände zu verwenden und somit die Verarbeitungs- oder Rechenleistung zu erhöhen.
  • 16A bis 16D zeigen jeweils eine Vorrichtung 1600 gemäß verschiedenen Aspekten. Die Vorrichtung 1600 kann eine Speichervorrichtung oder ein Speicher sein. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 1600 ein n-Logik-Speicher sein. Die Vorrichtung 1600 kann eine Mehrzahl von memristiven Strukturen 1602(n = 2 bis N) aufweisen. „N“ kann eine beliebige ganze Zahl gleich oder größer als zwei sein. Gemäß verschiedenen Aspekten kann „N“ eine beliebige ganze Zahl sein, die gleich oder größer als zwanzig ist (z.B. gleich oder größer als einhundert).
  • Die Vorrichtung 1600 kann den Leseschaltkreis 602 aufweisen. Wie hierin beschrieben, kann der Leseschaltkreis 602 derart eingerichtet sein, dass dieser einen jeweiligen Logik-Zustand (von zwei oder mehr Logik-Zuständen) jeder memristiven Struktur der Mehrzahl von memristiven Strukturen 1602 (n = 2 bis N) über mindestens zwei Messungen während einer einzigen Leseoperation ausliest (wie z.B. unter Bezugnahme auf eine der 6 bis 8D und 13 bis 15 beschrieben).
  • Die Vorrichtung 1600 kann ein oder mehrere Prozessoren 1604 aufweisen. Die ein oder mehreren Prozessoren 1604 können zum Ermitteln eines Schlüssels 1606 eingerichtet sein. Der Schlüssel 1606 kann z.B. ein privater Schlüssel oder ein Authentifizierungsschlüssel sein. Gemäß einigen Aspekten können die ein oder mehreren Prozessoren 1604 zum Ermitteln des Schlüssels 1606 basierend auf den für die Mehrzahl von memristiven Strukturen ermittelten Logik-Zuständen eingerichtet sein. Gemäß verschiedenen Aspekten können Prozessvariationen oder Abweichungen zwischen der Mehrzahl von memristive Strukturen 1602(n = 1 bis N) zur Erzeugung des Schlüssels 1606 verwendet werden. Dabei ist die Mehrzahl von memristiven Strukturen 1602(n = 1 bis N) eine physikalisch nicht-klonbare Funktion (PUF; Physical-Uncloneable-Function). Insbesondere können Variationen des Produktionsprozesses zu Variationen der Mehrzahl von memristiven Strukturen 1602(n = 1 bis N) führen. Die Variationen des Produktionsprozesses bringen Zufälligkeit in die Eigenschaften der Mehrzahl von memristiven Strukturen 1602(n = 1 bis N) und können daher die Entropie für das Erzeugen des Schlüssels 1606 liefern. Solche Variationen in den Eigenschaften der Mehrzahl von memristiven Strukturen 1602(n = 1 bis N) können zu geringfügigen Unterschieden in den Widerstands-Charakteristik-Kurven (die mit demselben Memristivzustand assoziiert sind) der Mehrzahl von memristiven Strukturen 1602(n = 1 bis N) führen. Als Beispiel, 17A zeigt eine jeweilige Widerstands-Charakteristik-Kurve einer ersten memristiven Struktur 1602(n = 1), einer zweiten memristiven Struktur 1602(n = 2), einer dritten memristiven Struktur 1602(n = 3) und einer vierten memristiven Struktur 1602(n = 4) für einen Fall, in dem sich jede der ersten bis vierten memristiven Strukturen 1602(n = 1 bis 4) im gleichen Memristivzustand, ms = 0, befindet. Wie hierin beschrieben, kann jeder Memristivzustand, ms, mit einem entsprechenden Destruktiv-Strom, Ides, assoziiert sein, bei dem der Memristivzustand verändert werden kann. Gemäß einigen Aspekten kann sich jede memristive Struktur der Mehrzahl von memristiven Strukturen 1602(n = 1 bis N) im gleichen Memristivzustand befinden. Gemäß anderen Aspekten kann sich jede memristive Struktur der Mehrzahl von memristiven Strukturen 1602(n = 1 bis N) in einem Memristivzustand innerhalb eines vordefinierten Teilbereichs einer Mehrzahl von Memristivzuständen befinden. Zum Beispiel können die Variationen unter der Mehrzahl von memristiven Strukturen 1602(n = 1 bis N) zu einer Überlappung der Widerstands-Charakteristik-Kurven von zwei oder mehr memristiven Strukturen führen, selbst für den Fall, dass sich die zwei oder mehr memristiven Strukturen in unterschiedlichen Memristivzuständen befinden. Daher kann der vordefinierte Teilbereich von einer Mehrzahl von Memristivzuständen erlauben, eine weitere Entropie einzuführen und damit die Sicherheit der PUF zu erhöhen.
  • Gemäß verschiedenen Aspekten kann der Leseschaltkreis 602 derart eingerichtet sein, dass dieser den jeweiligen Logik-Zustand jeder der Mehrzahl von memristiven Strukturen 1602(n = 1 bis N) nicht-destruktiv ausliest. Dabei können Schwellenwerte verwendet werden, um den jeweiligen Logik-Zustand (von zwei oder mehr Logik-Zuständen) jeder der Mehrzahl von memristiven Strukturen 1602(n = 1 bis N) zu ermitteln. Ein Schwellenwert kann z.B. so gewählt werden, dass 45 % bis 55 % (z.B. etwa 50 %) der Mehrzahl von memristiven Strukturen 1602(n = 1 bis N) in einem Logik-Zustand sind und dass die anderen memristiven Strukturen in einem anderen Logik-Zustand sind. Zum Beispiel können extrahierte diskrete Parameter in Bezug auf entsprechende Schwellenwerte „sortiert“ werden, d.h. auf die Werte, die diskrete Werte trennen, die verschiedenen Logik-Zuständen entsprechen (z.B. „1“ und „0“). Im Folgenden werden zwei Beispiele für das Ermitteln des jeweiligen Logik-Zustandes beschrieben:
  • Als erstes Beispiel kann der Leseschaltkreis 602 derart eingerichtet sein, dass dieser während einer Leseoperation eine erste Messung bei dem ersten Spannungswert, Vread1, und eine zweite Messung während der Leseoperation bei dem zweiten Spannungswert, Vread2, durchführt (siehe z.B. 6 und entsprechende Beschreibung). Es versteht sich, dass dies der Veranschaulichung dient und dass während der Leseoperation mehr als zwei Messungen durchgeführt werden können. Wie in 17B beispielhaft dargestellt, kann jeder der ersten Spannungswerte, Vread1, und der zweiten Spannungswerte, Vread2, mit einem jeweiligen Stromes-Schwellenwert, Ith1 oder Ith2 , assoziiert sein. Alle memristiven Strukturen der Mehrzahl von memristiven Strukturen 1602(n = 1 bis N) mit einem Stromwert kleiner als der jeweilige Strom-Schwellenwert können einem ersten Logik-Zustand zugeordnet werden und alle memristiven Strukturen der Mehrzahl von memristiven Strukturen 1602(n = 1 bis N) mit einem Stromwert größer als der jeweilige Strom-Schwellenwert können einem zweiten Logik-Zustand (z.B. „1“) zugeordnet werden, der sich von dem ersten Logik-Zustand (z.B. „0“) unterscheidet. Dies kann mit Hilfe eines (z.B. Strom-) Komparators erfolgen. So kann ein erster dazwischenliegender Logik-Zustand (der erste Logik-Zustand (z.B. „0“) der zweite Logik-Zustand (z.B. „1“)) ermittelt werden (unter Verwendung des ersten Strom-Schwellenwerts, Ith1), der dem ersten Spannungswert, Vread1, entspricht, und ein zweiter dazwischenliegender Logik-Zustand (der erste Logik-Zustand (z.B., „0“) kann der zweite Logik-Zustand (z.B. „1“) ermittelt werden (unter Verwendung des zweiten Strom-Schwellenwerts, Ith2), der dem zweiten Spannungswert, Vread2, entspricht. Der Logik-Zustand einer jeweiligen memristiven Struktur kann unter Verwendung des ersten Logik-Zustandes und des zweiten Logik-Zustandes ermittelt werden. Dadurch kann zwischen bis zu vier verschiedenen Logik-Zuständen unterschieden werden (die Vorrichtung kann also eine Multi-Bit-Vorrichtung sein): Zum Beispiel kann der Logik-Zustand der jeweiligen memristiven Struktur sein:
    • - „0“ für den Fall, dass sowohl der erste Zwischenlogik-Zustand als auch der zweite Zwischenlogik-Zustand mit dem ersten Logik-Zustand assoziiert sind,
    • - „1“ für den Fall, dass sowohl der erste Zwischenlogik-Zustand als auch der zweite Zwischenlogik-Zustand mit dem zweiten Logik-Zustand assoziiert sind,
    • - „2“ für den Fall, dass der erste Zwischenlogik-Zustand im ersten Logik-Zustand ist und dass der zweite Zwischenlogik-Zustand im zweiten Logik-Zustand ist, und
    • - „3“ für den Fall, dass der erste Zwischenlogik-Zustand im zweiten Logik-Zustand ist und dass der zweite Zwischenlogik-Zustand im ersten Logik-Zustand ist.
  • Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch weniger als vier Logik-Zustände verwendet werden können, indem diese vier Kombinationen zwei oder drei verschiedenen Logik-Zuständen zugeordnet werden.
  • Es versteht sich, dass jeder Lesespannungswert mit mehr als einem Strom-Schwellenwert assoziiert sein kann. Zum Beispiel für den Fall, dass der erste Spannungswert, Vread1, mit zwei Schwellenwerten, Ith1a und Ith1b, verknüpft sein kann, können alle memristiven Strukturen der Mehrzahl von memristiven Strukturen 1602(n = 1 bis N) mit einem Stromwert kleiner als der erste, Ith1a, der beiden Strom-Schwellenwerte, Ith1a und Ith1b, mit dem ersten logischen Zustand verknüpft sein, alle memristiven Strukturen der Mehrzahl von memristiven Strukturen 1602(n = 1 bis N) mit einem Stromwert größer als der erste, Ith1a, und niedriger als der zweite, Ith1b, der beiden Stromschwellenwerte, Ith1a und Ith1b, können dem zweiten logischen Zustand zugeordnet werden, und alle memristiven Strukturen der Mehrzahl von memristiven Strukturen 1602(n = 1 bis N) mit einem Stromwert größer als der zweite, Ith1b, der beiden Stromschwellenwerte, Ith1a und Ith1b, können einem dritten logischen Zustand zugeordnet werden. Dadurch kann sich die Anzahl der möglichen Logik-Zustände erhöhen.
  • Wie hierin beschrieben, können mehr als zwei Messungen bei verschiedenen Spannungswerten während einer einzigen Leseoperation durchgeführt werden. Dabei kann jeder Spannungswert mit einem oder mehreren Strom-Schwellenwerten assoziiert sein, wie oben beschrieben. Eine maximale Anzahl von (z.B. zwischengeschalteten) Logik-Zuständen kann also gegeben sein durch (t + 1)r, wobei t die Anzahl der Strom-Schwellenwerte ist, die jeweils für jede Messung verwendet werden und r die Anzahl der Messungen während der Leseoperation ist. Selbstverständlich kann der Leseschaltkreis 602 eingerichtet sein, jeden dieser (z.B. zwischenzeitlichen) Logik-Zustände (t + 1)r als einen entsprechenden Logik-Zustand zu ermitteln oder diese (z.B. zwischenzeitlichen) Logik-Zustände (t + 1)r auf weniger Logik-Zustände abzubilden (z.B. im Falle einer binären Vorrichtung entweder auf „0“ oder „1“).
  • Wie hierin beschrieben, dient die Anwendung des Lesespannungspuls als Beispiel für ein Messsignal. Für den Fall, dass das Messsignal ein Strompuls ist, gelten die beschriebenen Schwellenwerte also analog (und umgekehrt) für Spannungsschwellenwerte.
  • Als zweites Beispiel kann der Leseschaltkreis 602 derart eingerichtet sein, dass dieser eine jeweilige memristive Struktur ausliest, indem er die Widerstands-Charakteristik-Kurve der jeweiligen memristiven Struktur misst. Dabei kann der Leseschaltkreis 602 zum Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 über das Fitten der Widerstands-Charakteristik-Kurve basierend auf dem physikalischen Modell eingerichtet sein. 17C zeigt gemessene Widerstands-Charakteristik-Kurven einer Mehrzahl von memristiven Strukturen, die sich im gleichen Memristivzustand befinden. Dies zeigt anschaulich die prozessbedingten Variationen zwischen der Mehrzahl von memristiven Strukturen. 17D zeigt die Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 des Rückwärts-Sättigungsstroms, IS, den Serienwiderstand, RS, sowie n0 und K (die beide eine Idealität der jeweiligen memristiven Struktur beschreiben), die durch entsprechendes Fitten jeder der gemessenen Widerstands-Charakteristik-Kurven unter Verwendung des Physikalischen Modells erhalten wurden gemäß: V = n 0 k B T q log ( I I S + 1 ) ( 1 + K k B T q log ( I I S + 1 ) ) + I ⋅ R S
    Figure DE102022125339A1_0007
  • Jeder Statischer-Zustand-Parameter kann mit einem entsprechenden Parameterschwellenwert assoziiert sein. Zum Beispiel können alle memristiven Strukturen der Mehrzahl von memristiven Strukturen, die einen jeweiligen Statischer-Zustand-Parameterwert haben, der kleiner ist als der jeweilige Parameterschwellenwert, einem ersten Logik-Zustand (z.B. „0“) zugeordnet werden und alle memristiven Strukturen der Mehrzahl von memristiven Strukturen, die einen jeweiligen Statischer-Zustand-Parameterwert haben, der größer ist als der jeweilige Parameterschwellenwert, einem zweiten Logik-Zustand (z.B. „1“) zugeordnet werden, der sich vom ersten Logik-Zustand unterscheidet. Eine maximale Anzahl möglicher Memristivzustände kann also gegeben sein durch 2s, wobei s die Anzahl der Statischer-Zustand-Parameter ist.
  • Wie in 17D gezeigt, können die Faktoren n0 und K (die die Idealität der jeweiligen memristiven Struktur darstellen) in einem vergleichsweise breiten Bereich variieren. Dies kann es ermöglichen, die Anzahl der für die Vorrichtung 1600 verwendeten Memristivzustände zu erhöhen, da memristive Strukturen mit unterschiedlichen Memristivzuständen eine ähnliche „Idealität“ haben können und memristive Strukturen, die sich im gleichen Memristivzustand befinden, eine unterschiedliche „Idealität“ haben können (wie in 17D gezeigt). Die Erhöhung der Anzahl der verwendeten Memristivzustände (d.h. die Erhöhung der Anzahl der Memristivzustände innerhalb des vordefinierten Teilbereichs der Memristivzustände, z.B. bis hin zu allen Memristivzuständen) kann die Sicherheit der Vorrichtung (z.B. des PUF) weiter erhöhen. In diesem Fall können die Memristivzustände der Mehrzahl von memristiven Strukturen (z.B. zufällig) über die Memristivzustände innerhalb des vordefinierten Teilbereichs der Memristivzustände verteilt werden (z.B. über alle Memristivzustände der memristiven Strukturen).
  • Wie hierin beschrieben, kann sich eine memristive Struktur in einem (positiven) Memristivzustand befinden, der dem ersten Quadranten der IV-Kurve zugeordnet ist, oder in einem (negativen) Memristivzustand, der dem dritten Quadranten der IV-Kurve zugeordnet ist. Alle der Mehrzahl von memristiven Strukturen 1602(n = 1 bis N) können sich entweder in einem (positiven) Memristivzustand befinden, der dem ersten Quadranten der IV-Kurve zugeordnet ist, oder in einem (negativen) Memristivzustand, der dem dritten Quadranten der IV-Kurve zugeordnet ist. Die memristiven Strukturen, für die in 17C die Widerstands-Charakteristik-Kurven dargestellt sind, befinden sich im gleichen (positiven) Memristivzustand innerhalb des ersten Quadranten. Zur Veranschaulichung zeigt 17E gemessene Widerstands-Charakteristik-Kurven für die Mehrzahl von memristiven Strukturen von 17C, die im gleichen (negativen) Memristivzustand innerhalb des dritten Quadranten liegen und 17F zeigt entsprechend ermittelte Statischer-Zustand-Parameterwerte. 17G zeigt gemessene Widerstands-Charakteristik-Kurven für eine andere Vielzahl von memristiven Strukturen, die im gleichen (positiven) Memristivzustand innerhalb des ersten Quadranten gesetzt sind und 17I zeigt gemessene Widerstands-Charakteristik-Kurven für die andere Vielzahl von memristiven Strukturen, die im gleichen (negativen) Memristivzustand innerhalb des dritten Quadranten gesetzt sind. 17H zeigt die ermittelten Statischer-Zustand-Parameter für die gemessenen Widerstands-Charakteristik-Kurven von 17G und 17J zeigt die ermittelten Statischer-Zustand-Parameter für die gemessenen Widerstands-Charakteristik-Kurven von 17I.
  • Mit Bezug auf 16B können ein oder mehrere Prozessoren 1604 derart eingerichtet sein, dass sie einen kryptographischen Schlüssel 1608 unter Verwendung des ermittelten Schlüssels 1606 erzeugen. Daher kann die Vorrichtung 1600 als kryptographische Vorrichtung dienen. Wie beschrieben, kann jede memristive Struktur mit zwei oder mehr zwischengeschalteten Logik-Zuständen assoziiert sein. Daher kann die Vorrichtung 1600 eine Vorrichtung mit vielen Zuständen sein. Die ein oder mehreren Prozessoren 902 können zum Beispiel eingerichtet sein, diese zwei oder mehr Logik-Zustände entweder zwei Logik-Zuständen (z.B. „0“ und „1“) oder einer Kombination dieser beiden Logik-Zustände zuzuordnen. Im Falle der beiden Messungen während der Leseoperation können die vier möglichen Zwischen-Logik-Zustände beispielsweise auf „00“, „01“, „10“ und „11“ abgebildet werden. Der Schlüssel 1606 kann dann beispielsweise diese Kombinationen von allen memristiven Strukturen aufweisen. Wie hierin beschrieben, kann bei der Verwendung der Statischer-Zustand-Parameterwerte 812 die Anzahl der möglichen Logik-Zustände und damit auch die Anzahl der Kombinationen zweier Logik-Zustände erhöht werden. Die ein oder mehreren Prozessoren 1604 können derart eingerichtet sein, dass diese den kryptographischen Schlüssel 1608 durch Anwendung eines Verschlüsselungsalgorithmus auf den ermittelten Schlüssel 1606 erzeugen. Mit Bezug auf 16C können die ein oder mehreren Prozessoren 1604 derart eingerichtet sein, dass diese (z.B. mit Hilfe eines Schieberegisters) eine Zufallszahl 1610 unter Verwendung des ermittelten Schlüssels 1606 erzeugen. Die Vorrichtung 1600 kann also als Zufallszahlengenerator dienen.
  • Mit Bezug auf 16D kann die Vorrichtung 1600 eine Programmierschaltung 1612 aufweisen. Die Programmierschaltung 1612 kann eingerichtet sein, (individuell) jede der memristiven Strukturen in einen jeweiligen Memristivzustand zu setzen (z.B. zu schreiben). Daher kann die Vorrichtung 1600 eine rekonfigurierbare Vorrichtung sein (z.B. kann sie als rekonfigurierbare PUF dienen). Dies kann es ermöglichen, den Schlüssel 1606 (und damit z.B. den kryptographischen Schlüssel 1608) zu ändern. Gemäß verschiedenen Aspekten kann die Vorrichtung 1600 einen Zufallszahlengenerator aufweisen und die Programmierschaltung kann derart eingerichtet sein, dass diese den Memristivzustand von der Mehrzahl von Memristivzuständen auswählt, in dem ein jeweiliges memristives Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen geschrieben werden soll basierend auf einer von dem Zufallszahlengenerator erzeugten Zufallszahl. Dies kann die Zufälligkeit und damit die Sicherheit weiter erhöhen.
  • Die Vorrichtung 1600 kann eine beliebige Vorrichtung sein, die einen Schlüssel (z.B. einen kryptographischen Schlüssel), eine Zufallszahl etc. verwenden oder zur Erzeugung eingesetzt werden kann. Die Vorrichtung 1600 kann eine beliebige Sicherheitseinrichtung oder Teil davon sein. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 1600 ein Hardware-Sicherheitsmodul, ein Sicherheitsschlüssel (z.B. ein Universal Serial Bus (USB) Sicherheitsschlüssel) und/oder ein sicherer Kryptoprozessor oder Teil davon sein.
  • Wenn der Logik-Zustand über zwei oder mehr Messungen während einer einzigen Leseoperation ermittelt wird (z.B. unter Verwendung der Statischer-Zustand-Parameterwerte), kann die Variabilität verschiedener PUFs mit reduzierter Fehlerquote (im Vergleich zu einem einzelnen Auslesewert) ermittelt werden.
  • Wie hierin beschrieben, kann die Vorrichtung 1500 und/oder die Vorrichtung 1600 eine analoge Vorrichtung sein.
  • 18 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1800 zum Lesen eines memristiven Bauelements unter Verwendung von mindestens zwei verschiedenen Lesespannungen.
  • Das Verfahren 1800 kann das Anlegen eines Messpulses (z.B. eines Spannungspulses oder eines Strompulses) an ein memristives Bauelement aufweisen, das in einen Memristivzustand (in 1802) versetzt wird.
  • Der Messpuls kann ein Spannungspuls sein. In diesem Fall kann das Verfahren 1800 aufweisen (in 1804), dass während des Anlegens des Spannungspulses an das memristive Bauelement ein erster Stromwert, der mit einem Strom durch das memristive Bauelement assoziiert ist, bei einem ersten Spannungswert und ein zweiter Stromwert, der mit dem Strom durch das memristive Bauelement assoziiert ist, bei einem zweiten Spannungswert, der sich von dem ersten Spannungswert unterscheidet, gemessen wird.
  • Ein alternatives Verfahren kann aufweisen, dass ein erster Spannungspuls an ein memristives Bauelement angelegt wird, das sich in einem Memristivzustand befindet, dass während des Anlegens des ersten Spannungspulses an das memristive Bauelement ein erster Stromwert gemessen wird, der mit einem Strom durch das memristive Bauelement bei einem ersten Spannungswert assoziiert ist. Dieses alternative Verfahren kann das Anlegen eines zweiten Spannungspulses an das memristive Bauelement aufweisen und während des Anlegens des zweiten Spannungspulses an das memristive Bauelement einen zweiten Stromwert, der mit dem Strom durch das memristive Bauelement assoziiert ist, bei einem zweiten Spannungswert messen.
  • Der Messpuls kann ein Strompuls sein. In diesem Fall kann das Verfahren 1800 aufweisen (in 1804), dass während des Anlegens des Strompulses an das memristive Bauelement ein erster Spannungswert gemessen wird, der mit einem Spannungsabfall über dem memristiven Bauelement bei einem ersten Stromwert assoziiert ist, und ein zweiter Spannungswert, der mit dem Spannungsabfall über dem memristiven Bauelement bei einem zweiten Stromwert assoziiert ist, der sich von dem ersten Stromwert unterscheidet.
  • Ein alternatives Verfahren kann aufweisen, dass ein erster Strompuls an ein memristives Bauelement angelegt wird, das sich in einem Memristivzustand befindet. Während des Anlegens des ersten Strompuls an das memristive Bauelement wird ein erster Spannungswert gemessen, der mit einem Spannungsabfall über dem memristiven Bauelement bei einem ersten Stromwert assoziiert ist. Dieses alternative Verfahren kann aufweisen, dass ein zweiter Strompuls an das memristive Bauelement angelegt wird und während des Anlegens des zweiten Strompulses an das memristive Bauelement ein zweiter Spannungswert gemessen wird, der mit dem Spannungsabfall über dem memristiven Bauelement bei einem zweiten Stromwert assoziiert ist.
  • 19 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1900 zum Lesen eines memristiven Bauelements mit mindestens zwei verschiedenen Lesespannungen.
  • Das Verfahren 1900 kann das Anlegen eines Messpulses (z.B. eines Spannungspulses oder eines Strompulses) an ein memristives Bauelement (in 1902) aufweisen.
  • Der Messpuls kann ein Spannungspuls sein. In diesem Fall kann das Verfahren 1900 aufweisen (in 1904), dass während einer fallenden Flanke des angelegten Spannungspulses ein erster Stromwert, der mit einem Strom durch das memristive Bauelement assoziiert ist, bei einem ersten Spannungswert und ein zweiter Stromwert, der mit dem Strom durch das memristive Bauelement assoziiert ist, bei einem zweiten Spannungswert, der sich von dem ersten Spannungswert unterscheidet, gemessen wird.
  • Der Messpuls kann ein Strompuls sein. In diesem Fall kann das Verfahren 1900 aufweisen (in 1904), dass während einer fallenden Flanke des angelegten Strompulses ein erster Spannungswert gemessen wird, der mit einem Spannungsabfall über dem memristiven Bauelement bei einem ersten Stromwert assoziiert ist, und ein zweiter Spannungswert, der mit dem Spannungsabfall über dem memristiven Bauelement bei einem zweiten Stromwert assoziiert ist, der sich von dem ersten Stromwert unterscheidet.
  • In jedem der Verfahren 1800, 1900 kann das Anlegen des Messpulses und die Messung des ersten Strom- oder Spannungswerts und des zweiten Strom- oder Spannungswerts wie z.B. in 4A bis 7 beschrieben durchgeführt werden.
  • 20 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 2000 zum Ermitteln eines jeweiligen Wertes von einem oder mehreren Statischer-Zustand-Parametern, die mit einem Memristivzustand einer memristiven Struktur assoziiert sind.
  • Das Verfahren 2000 kann das Bringen eines memristiven Bauelements in einen Memristivzustand einer Mehrzahl von Memristivzuständen aufweisen (in 2002).
  • Das Verfahren 2000 kann Ermitteln ein oder mehrerer Statischer-Zustand-Parameterwerte des memristiven Bauelements assoziiert mit dem Memristivzustand (in 2004) aufweisen. Das Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte kann ein Ermitteln einer Strom/Spannungs-Charakteristik des memristiven Bauelements aufweisen. Die Strom/Spannungs-Charakteristik kann durch Anwendung einer Lesespannungssequenz auf das memristive Bauelement zum Verursachen einer entsprechenden Stromsequenz durch das memristive Bauelement oder durch Anwendung einer Lesestromsequenz auf das memristive Bauelement zum Verursachen einer entsprechenden Spannungsabfallsequenz über dem memristiven Bauelement ermittelt werden. Der ein oder mehrere Statischer-Zustand-Parameter kann mittels Fittens der Strom/Spannungs-Charakteristik mittels eines physikalischen Modells ermittelt werden. Das physikalische Modell kann auf Statischer-Zustand-Parametern basieren, für die die Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden.
  • Das Ermitteln ein oder mehrerer Statischer-Zustand-Parameterwerte des memristiven Bauelements kann wie unter Bezugnahme auf eine der 8 bis 14 beschrieben durchgeführt werden.
  • Optional kann das Verfahren 2000 jede Art der Verwendung der ermittelten ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte aufweisen (z.B. wie unter Bezugnahme auf eine der 9 bis 14 beschrieben).
  • Im Folgenden werden verschiedene Beispiele angeführt, die einen oder mehrere der oben beschriebenen Aspekte in Bezug auf das Lesen einer memristiven Struktur aufweisen können, z.B. vermittels einer der Vorrichtungen 1500, 1600 und/oder unter Verwendung eines der Verfahren 1800, 1900, 2000. Es kann beabsichtigt sein, dass Aspekte, die in Bezug auf ein oder mehrere Vorrichtungen 1500, 1600 beschrieben werden, auch für ein oder mehrere Verfahren gelten können, und umgekehrt.
  • Beispiel 1 ist ein Verfahren aufweisend: Anlegen eines Spannungspulses an ein memristives Bauelement (in einigen Aspekten als memristive Struktur bezeichnet), das in einen Memristivzustand gesetzt (z.B. geschrieben) ist; während des Anlegens des Spannungspulses an das memristive Bauelement, Messen eines ersten Stromwertes, der mit einem Strom durch das memristive Bauelement assoziiert ist, bei einem ersten Spannungswert und eines zweiten Stromwertes, der mit dem Strom durch das memristive Bauelement assoziiert ist, bei einem zweiten Spannungswert, der sich von dem ersten Spannungswert unterscheidet.
  • In Beispiel 2 kann das Verfahren gemäß Beispiel 1 optional ferner aufweisen: Setzen (z.B. Schreiben) des memristiven Bauelements in den Memristivzustand vor dem Anlegen des Spannungspulses an das memristive Bauelement.
  • In Beispiel 3 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 1 oder 2 optional aufweisen, dass die Anwendung des ersten Spannungswertes und des zweiten Spannungswertes den Memristivzustand des memristiven Bauelements nicht verändert. Zum Beispiel kann der erste Spannungswert und der zweite Spannungswert kleiner sein als eine Programmierspannung (z.B. Schreibspannung), die verwendet wird, um das memristive Bauelement in den Memristivzustand zu setzen (z.B. zu schreiben).
  • In Beispiel 4 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 1 bis 3 optional aufweisen, dass ein maximaler Spannungswert des Spannungspulses den Memristivzustand des memristiven Bauelements nicht verändert. Zum Beispiel kann der maximale Spannungswert des Spannungspulses gleich einer oder kleiner als eine Programmierspannung (z.B. Schreibspannung) sein, die verwendet wird, um das memristive Bauelement in den Memristivzustand zu setzen (z.B. zu schreiben).
  • In Beispiel 5 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 1 bis 4 optional aufweisen, dass der Spannungspuls und eine Programmierspannung (z.B. Schreibspannung), die verwendet wird, um das memristive Bauelement in den Memristivzustand zu setzen (z.B. zu schreiben), die gleiche Polarität aufweisen.
  • In Beispiel 6 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 1 bis 5 optional aufweisen, dass der erste Stromwert und der zweite Stromwert während einer steigenden Flanke des angelegten Spannungspulses gemessen werden.
  • In Beispiel 7 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 1 bis 5 optional aufweisen, dass der erste Stromwert und der zweite Stromwert während einer fallenden Flanke des angelegten Spannungspulses gemessen werden.
  • In Beispiel 8 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 1 bis 7 optional aufweisen, dass das Messen des ersten Stromwerts und des zweiten Stromwerts aufweist: während einer steigenden Flanke und/oder einer fallenden Flanke des Spannungspulses, Messen eines Stroms durch das memristive Bauelement zum Ermitteln einer Strom/Spannungs-Charakteristik des memristiven Bauelements, wobei der gemessene Strom den ersten Stromwert und den zweiten Stromwert aufweist.
  • In Beispiel 9 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 1 bis 8 optional ferner aufweisen: Anlegen eines weiteren Spannungspulses (z.B. direkt nachfolgend) an das memristive Bauelement, wobei der weitere Spannungspuls eine entgegengesetzte Polarität zu dem Spannungspuls aufweist; während einer fallenden Flanke des angelegten weiteren Spannungspulses, Messen eines dritten Stromwertes, der mit dem Strom durch das memristive Bauelement assoziiert ist, bei einem dritten Spannungswert und eines vierten Stromwertes, der mit dem Strom durch das memristive Bauelement assoziiert ist, bei einem vierten Spannungswert, der sich von dem dritten Spannungswert unterscheidet.
  • Beispiel 10 ist ein Verfahren aufweisend: Anlegen eines Spannungspulses an ein memristives Bauelement; während einer fallenden Flanke des angelegten Spannungspulses, Messen eines ersten Stromwertes, der mit einem Strom durch das memristive Bauelement assoziiert ist, bei einem ersten Spannungswert und eines zweiten Stromwertes, der mit dem Strom durch das memristive Bauelement assoziiert ist, bei einem zweiten Spannungswert, der sich von dem ersten Spannungswert unterscheidet.
  • In Beispiel 11 kann das Verfahren gemäß Beispiel 10 optional ferner aufweisen: Setzen (z.B. Schreiben) des memristiven Bauelements in einen Memristivzustand vor dem Anlegen des Spannungspulses an das memristive Bauelement.
  • In Beispiel 12 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 11 optional aufweisen, dass der Spannungspuls und eine Programmierspannung (z.B. Schreibspannung), die verwendet wird, um das memristive Bauelement in den Memristivzustand zu setzen (z.B. zu schreiben), die gleiche Polarität aufweisen.
  • In Beispiel 13 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 10 optional aufweisen, dass die Anwendung des Spannungspulses auf das memristive Bauelement das Setzen (z.B. Schreiben) des memristiven Bauelements in einen Memristivzustand während einer steigenden Flanke des angelegten Spannungspulses aufweist.
  • In Beispiel 14 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 10 bis 13 optional ferner aufweisen: Anlegen eines weiteren Spannungspulses (z.B. direkt nachfolgend) an das memristive Bauelement, wobei der weitere Spannungspuls eine entgegengesetzte Polarität zu dem Spannungspuls aufweist; während einer fallenden Flanke des angelegten weiteren Spannungspulses, Messen eines dritten Stromwertes, der mit dem Strom durch das memristive Bauelement assoziiert ist, bei einem dritten Spannungswert und eines vierten Stromwertes, der mit dem Strom durch das memristive Bauelement assoziiert ist, bei einem vierten Spannungswert, der sich von dem dritten Spannungswert unterscheidet.
  • In Beispiel 15 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 10 bis 14 optional aufweisen, dass das Messen des ersten Stromwerts und des zweiten Stromwerts aufweist: Messen eines Stroms durch das memristive Bauelement zum Ermitteln einer Strom/Spannungs-Charakteristik des memristiven Bauelements, wobei der gemessene Strom den ersten Stromwert und den zweiten Stromwert aufweist.
  • Beispiel 16 ist ein Verfahren zum Ermitteln von Statischer-Zustand-Parameterwerten eines memristiven Bauelements, wobei das Verfahren aufweist: Setzen eines (z.B. hergestellten) memristiven Bauelements in einen Memristivzustand einer Mehrzahl von Memristivzuständen, Ermitteln ein oder mehrerer Statischer-Zustand-Parameterwerte des memristiven Bauelements assoziiert mit dem Memristivzustand, wobei das Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte aufweist: Ermitteln (z.B. Messen und optional Plotten) einer Strom/Spannungs-Charakteristik des memristiven Bauelements basierend auf einem Anwenden einer Lesespannungssequenz auf das memristive Bauelement zum Verursachen einer entsprechenden Stromsequenz durch das memristive Bauelement, Fitten der Strom/Spannungs-Charakteristik basierend auf einem physikalischen Modell zum Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte, wobei das physikalische Modell auf Statischer-Zustand-Parametern basiert, für welche die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden.
  • In Beispiel 17 kann das Verfahren von Beispiel 16 optional ferner aufweisen: Setzen des memristiven Bauelements in einen anderen Memristivzustand der Mehrzahl von Memristivzuständen, Ermitteln ein oder mehrerer anderer Statischer-Zustand-Parameterwerte des memristiven Bauelements, die mit dem anderen Memristivzustand assoziiert sind, wobei das Ermitteln der ein oder mehreren anderen Statischer-Zustand-Parameterwerte aufweist: Ermitteln (z.B. Messen und optional Plotten) einer anderen Strom/Spannungs-Charakteristik des memristiven Bauelements basierend auf einem Anwenden einer Lesespannungssequenz (z.B. dieselbe Lesespannungssequenz oder eine andere Lesespannungssequenz) auf das memristive Bauelement zum Verursachen einer entsprechenden Stromsequenz durch das memristive Bauelement, Fitten der anderen Strom/Spannungs-Charakteristik basierend auf dem physikalischen Modell, um die ein oder mehreren anderen Statischer-Zustand-Parameterwerte zu ermitteln.
  • In Beispiel 18 kann das Verfahren gemäß Beispiel 16 oder 17 optional ferner aufweisen: Simulieren, basierend auf den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten (z.B. den ermittelten ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten und/oder den ermittelten ein oder mehreren anderen Statischer-Zustand-Parameterwerten), des Verhaltens eines Memristiv-Schaltkreises (z.B. mittels elektronischer Schaltungssimulation), der ein oder mehrere memristive Bauelemente enthält, die entsprechend dem (z.B. hergestellten) memristiven Element eingerichtet sind.
  • In Beispiel 19 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 18 optional aufweisen, dass das Simulieren des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises aufweist: Variieren ein oder mehrerer Simulations-Parameter, die mit einem Betrieb des Memristiv-Schaltkreises assoziiert sind.
  • In Beispiel 20 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 19 optional aufweisen, dass die ein oder mehreren Simulations-Parameter mindestens einen Parameter der folgenden Liste von Parametern aufweisen: eine Temperatur des memristiven Bauelements, eine Programmierspannung zum Setzen eines Memristivzustandes, eine Lesespannung zum Lesen des Memristivzustandes des memristiven Bauelements, und/oder einen gewünschten Strom durch das memristive Bauelement in Reaktion auf das Anlegen einer korrespondierenden Lesespannung.
  • In Beispiel 21 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 18 bis 20 optional aufweisen, dass die Strom/Spannungs-Charakteristik des memristiven Bauelements bei einem ersten Temperaturwert ermittelt wird; und dass Simulieren des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises Simulieren des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises bei einem zweiten Temperaturwert aufweist, der sich von dem ersten Temperaturwert unterscheidet.
  • In Beispiel 22 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 18 bis 21 optional aufweisen, dass jeder ermittelte Statischer-Zustand-Parameterwert mit einem jeweiligen Fehler assoziiert ist; und dass die Simulation des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises unter Berücksichtigung des jeweiligen Fehlers (z.B. als Rauschen) der ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerte durchgeführt wird.
  • In Beispiel 23 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 18 bis 22 optional ferner aufweisen: Messen eines Statischer-Zustand-Parameterwertes von mindestens einem Statischer-Zustand-Parameter; Ermitteln einer Differenz zwischen dem gemessenen Statischer-Zustand-Parameterwert und dem für den mindestens einen Statischer-Zustand-Parameter mittels des physikalischen Modells ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwert; und in dem Fall, dass der ermittelte Unterschied weniger ist als ein vordefinierter Verifikationswert, Verifizieren des ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwertes.
  • In Beispiel 24 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 18 bis 23 optional ferner aufweisen: Setzen des memristiven Bauelements in die anderen Memristivzustände der Mehrzahl von Memristivzuständen nacheinander; in jedem der anderen Memristivzustände der Mehrzahl von Memristivzuständen, Ermitteln von jeweils ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten des memristiven Bauelements, um eine funktionale Korrelation zwischen den ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten und den Memristivzuständen zu ermitteln; und wobei die Simulation des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises unter Verwendung der ermittelten funktionalen Korrelation durchgeführt wird.
  • In Beispiel 25 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 16 bis 24 optional ferner aufweisen: Auswählen (z.B. Anpassen) von Betriebsparametern, die mit einem Betrieb des memristiven Bauelements assoziiert sind (z.B. als eine Funktion von den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten), basierend auf den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten (z.B. den ermittelten ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten und/oder den ermittelten ein oder mehreren anderen Statischer-Zustand-Parameterwerten).
  • In Beispiel 26 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 25 optional aufweisen, dass die ausgewählten Betriebsparameter mindestens einen Betriebsparameter der folgenden Liste von Betriebsparametern aufweisen: einen (z.B., jeweiligen) Lesespannungsabfall über dem memristiven Bauelement, einen Lesestrom durch das memristive Bauelement zum Lesen des Memristivzustandes des memristiven Bauelements, einen Schreibspannungsabfall über dem memristiven Bauelement, einen Schreibstrom durch das memristive Bauelement zum Schreiben des Memristivzustandes des memristiven Bauelements, eine Änderung in dem Fluss und/oder eine Änderung in der Ladung des memristiven Bauelements assoziiert mit einem Schreiben des memristiven Bauelements, und/oder eine Betriebstemperatur.
  • In Beispiel 27 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 24 oder 25, vorausgesetz in Kombination mit Beispiel 17, optional aufweisen, dass die ausgewählten Betriebsparameter eine Programmierspannung (z.B. Schreibspannung) zum Setzen des memristiven Bauelements in einen entsprechenden Memristivzustand der Mehrzahl von Memristivzuständen aufweisen.
  • In Beispiel 28 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 25 bis 27 optional aufweisen, dass die Auswahl der Betriebsparameter basierend auf den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten das Anpassen mindestens eines Betriebsparameters, der mit dem Betrieb des memristiven Bauelements assoziiert ist, während der Verwendung des memristiven Bauelements aufweist (z.B. das Ermöglichen einer Rekonfiguration während der Verwendung aufgrund möglicher Änderungen (z.B. der Temperatur)).
  • In Beispiel 29 kann das Verfahren gemäß Beispiel 28 optional ferner aufweisen: Betreiben des memristiven Bauelements basierend auf initialen Betriebsparametern und, nach dem Anpassen des mindestens einen Betriebsparameters, Betreiben des memristiven Bauelements basierend auf dem angepassten mindestens einem Betriebsparameter.
  • Beispiel 30 ist ein Verfahren zum Auswählen von Betriebsparametern, die mit einem Betrieb einer memristiven Vorrichtung assoziiert sind, die eine Mehrzahl von memristiven Bauelementen enthält, wobei das Verfahren aufweist: für jedes memristive Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen, Ermitteln von jeweils ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten in Übereinstimmung mit dem Verfahren von Beispiel 16; Auswählen, basierend auf den für die Mehrzahl von memristiven Bauelementen ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten, der Betriebsparameter, die mit dem Betrieb der memristiven Vorrichtung assoziiert sind.
  • In Beispiel 31 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 16 bis 30 optional ferner aufweisen: Ermitteln (z.B. Klassifizieren), basierend auf den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten (z.B. den ermittelten ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten und/oder den ermittelten ein oder mehreren anderen Statischer-Zustand-Parameterwerten), ob der Memristivzustand des memristiven Bauelements mit einem ersten Logik-Zustand (z.B. „0“) oder einem zweiten Logik-Zustand (z.B. „1“) assoziiert ist.
  • In Beispiel 32 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 16 bis 31 optional ferner aufweisen: Ermitteln (z.B. Klassifizieren), für mindestens einen (z.B. für jeden) Statischer-Zustand-Parameterwert der ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerte (z.B. der ermittelten ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte und/oder der ermittelten ein oder mehreren anderen Statischer-Zustand-Parameterwerte), ob der mindestens eine Statischer-Zustand-Parameterwert innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, der mit dem mindestens einen Statischer-Zustand-Parameterwert assoziiert ist.
  • In Beispiel 33 kann das Verfahren gemäß Beispiel 32 optional ferner aufweisen: falls der mindestens eine Statischer-Zustand-Parameterwert innerhalb des vordefinierten Bereichs liegt, der mit dem mindestens einen Statischer-Zustand-Parameterwert assoziiert ist, validieren des memristiven Bauelements.
  • In Beispiel 34 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 16 bis 31 optional ferner aufweisen: Validieren des memristiven Bauelements in dem Fall, dass jeder Statischer-Zustand-Parameterwert der ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerte (z.B. der ermittelten ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte und/oder der ermittelten ein oder mehreren anderen Statischer-Zustand-Parameterwerte) innerhalb eines jeweiligen vordefinierten Bereichs liegt.
  • Beispiel 35 ist ein Verfahren zum Validieren einer memristiven Vorrichtung, die eine Mehrzahl von memristiven Bauelementen aufweist, wobei das Verfahren aufweist: für jedes memristive Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen, Ermitteln von jeweiligen ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten in Übereinstimmung mit dem Verfahren von Beispiel 16; für jeden Statischer-Zustand-Parameter, für den die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden, Ermitteln, ob die Mehrzahl der memristiven Bauelemente ein oder mehrere vordefinierte Kriterien erfüllt, wobei die Mehrzahl von memristiven Bauelementen die ein oder mehrere vordefinierten Kriterien für einen jeweiligen Statischer-Zustand-Parameter erfüllt, falls eine Variation der ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerte im Zusammenhang mit dem jeweiligen Statischer-Zustand-Parameter zwischen der Vielzahl der memristiven Bauelemente gleich oder kleiner als eine vordefinierte Schwellvariation ist.
  • In Beispiel 36 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 35 optional aufweisen, dass die Variation der ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerte, die mit dem jeweiligen Statischer-Zustand-Parameter assoziiert sind, eine Abweichung von einem Durchschnittswert ist, wobei der Durchschnittswert basierend auf einer Mittelwertbildung der Statischer-Zustand-Parameterwerte, die mit dem jeweiligen Statischer-Zustand-Parameter assoziiert sind, über die Mehrzahl von memristiven Bauelementen ermittelt ist.
  • Beispiel 37 ist ein Verfahren zur Validierung von memristiven Bauelementen einer Mehrzahl von memristiven Bauelementen, das Verfahren aufweisend: für jedes memristive Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen, Ermitteln von jeweiligen ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten in Übereinstimmung mit dem Verfahren von Beispiel 16; Ermitteln, ob ein jeweiliges memristives Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen ein oder mehrere vordefinierte Kriterien erfüllt, wobei das jeweilige memristive Bauelement die ein oder mehreren vordefinierten Kriterien in dem Fall erfüllt, dass jeder der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt für das jeweilige memristiven Bauelement ein jeweiliges Kriterium erfüllt, wobei ein jeweiliger Statischer-Zustand-Parameterwert das Kriterium in dem Fall erfüllt, dass der jeweilige Statischer-Zustand-Parameterwert innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, der mit dem jeweiligen Statischer-Zustand-Parameter assoziiert ist, für den der jeweilige Statischer-Zustand-Parameterwert ermittelt ist; und Validieren des jeweiligen Elements für den Fall, dass das jeweilige Element die ein oder mehreren vordefinierten Kriterien erfüllt.
  • In Beispiel 38 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 37 optional aufweisen, dass der vordefinierte Bereich, der mit dem jeweiligen Statischer-Zustand-Parameter assoziiert ist, eine Abweichung von einem Durchschnittswert definiert, wobei der Durchschnittswert basierend auf einer Mittelwertbildung der Statischer-Zustand-Parameterwerte, die mit dem jeweiligen Statischer-Zustand-Parameter assoziiert sind, über die Mehrzahl von memristiven Bauelementen ermittelt ist.
  • In Beispiel 39 kann das Verfahren von Beispiel 37 oder 38 optional ferner aufweisen: Ungültigmachen des jeweiligen memristiven Bauelements für den Fall, dass das jeweilige Element mindestens eines der ein oder mehreren vordefinierten Kriterien nicht erfüllt (ungültig gemachte memristive Bauelemente können beispielsweise während der Nutzung nicht adressiert werden).
  • In Beispiel 40 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 16 bis 39 optional ferner aufweisen: Setzen des memristiven Bauelements in die anderen Memristivzustände der Mehrzahl von Memristivzuständen nacheinander; in jedem der anderen Memristivzustände der Mehrzahl von Memristivzuständen Ermitteln von jeweils ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten des memristiven Bauelements gemäß dem Verfahren von Beispiel 16, um eine funktionale Korrelation zwischen den ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten und den Memristivzuständen zu ermitteln.
  • Beispiel 41 ist ein Verfahren zum Ermitteln Statischer-Zustand-Parameterwerte eines memristiven Bauelements in Abhängigkeit von einem Memristivzustand des memristiven Bauelements, das Verfahren aufweisend: Setzen des memristiven Bauelements in jeden Memristivzustand der Mehrzahl von Memristivzuständen nacheinander; in jedem Memristivzustand der Mehrzahl von Memristivzuständen, Ermitteln von jeweiligen ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten des memristiven Bauelements gemäß dem Verfahren von Beispiel 16, um eine funktionale Korrelation zwischen den ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten und den Memristivzuständen zu ermitteln.
  • In Beispiel 42 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 40 oder 41 optional aufweisen, dass das Setzen des memristiven Bauelements in einen jeweiligen Memristivzustand der Mehrzahl von Memristivzuständen das Anlegen einer mit dem jeweiligen Memristivzustand assoziierten Programmierspannung an das memristive Bauelement aufweist.
  • In Beispiel 43 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 16 bis 42 optional aufweisen, dass die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameter mit (z.B. elektrischen und/oder herstellungsbezogenen) Eigenschaften des memristiven Bauelements korreliert sind.
  • In Beispiel 44 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 16 bis 43 optional aufweisen, dass die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameter das memristive Bauelement charakterisieren.
  • In Beispiel 45 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 16 bis 44 optional aufweisen, dass die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameter mindestens einen Parameter aus der folgenden Liste von Parametern aufweisen: einen Sättigungsstrom des memristiven Bauelements, einen Idealitätsfaktor des memristiven Bauelements, einen Rückwärts-Sättigungsstrom des memristiven Bauelements und/oder ein Barrierepotential des memristiven Bauelements.
  • In Beispiel 46 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 16 bis 45 optional aufweisen, dass die Strom/Spannungs-Charakteristik gefittet ist gemäß: V = A k B T q log ( I B + 1 ) ( 1 + C k B T q log ( I B + 1 ) ) + I ⋅ D ,
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    wobei: V ist die angelegte Lesespannung, I ist der (Lese-)Strom durch das memristive Bauelement als Reaktion auf das Anlegen der Lesespannung, kB die Boltzmann-Konstante ist, T die Temperatur des memristiven Bauelements ist, q die Elektronenladung ist, und A, B, C, und D sind Fitparameter.
  • In Beispiel 47 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 46 optional aufweisen, dass: A und C eine Idealität des memristiven Bauelements darstellen; und/oder dass B einen Rückwärts-Sättigungsstrom, IS, durch das memristive Bauelement als Reaktion auf das Anlegen der Lesespannung darstellt; und/oder dass D einen Serienwiderstand, RS, des memristiven Bauelements darstellt.
  • Beispiel 48 ist eine Vorrichtung (z.B. eine Speichervorrichtung, eine Speichereinrichtung, eine Verarbeitungseinrichtung), aufweisend: mindestens ein memristives Element aufweisend einen Memristivzustand einer Mehrzahl von Memristivzuständen; und einen Leseschaltkreis eingerichtet zum: Ermitteln des Memristivzustandes des mindestens einen memristiven Bauelements basierend auf mindestens zwei Messungen während einer einzigen Leseoperation, wobei die mindestens zwei Messungen unterschiedliche Lesespannungswerte oder unterschiedliche Lesestromwerte verwenden.
  • In Beispiel 49 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 48 optional aufweisen, dass jede Messung der mindestens zwei Auslesemessungen Folgendes aufweist: Messen eines elektrischen Stroms durch das mindestens eine memristive Bauelement in Reaktion auf das Anlegen einer korrespondierenden Lesespannung oder Messen eines Spannungsabfalls über dem mindestens einen memristiven Element in Reaktion auf das Anlegen eines entsprechenden Lesestroms.
  • In Beispiel 50 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 48 oder 49 optional aufweisen, dass der Leseschaltkreis eingerichtet ist: während der einzelnen Leseoperation eine erste Messung durchzuführen, um einen ersten erwarteten Memristivzustand des mindestens einen memristiven Bauelements zu ermitteln, während der einzelnen Leseoperation eine zweite Messung durchzuführen, um einen zweiten erwarteten Memristivzustand des mindestens einen memristiven Bauelements zu ermitteln, und den Memristivzustand des mindestens einen memristiven Bauelements basierend auf dem ermittelten ersten erwarteten Memristivzustand und dem ermittelten zweiten erwarteten Memristivzustand zu ermitteln.
  • In Beispiel 51 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 50 optional aufweisen, dass der Leseschaltkreis eingerichtet ist zum: Ermitteln, ob der erste erwartete Memristivzustand dem zweiten erwarteten Memristivzustand entspricht, und in dem Fall, dass der erste erwartete memristive Zustand dem zweiten erwarteten Memristivzustand entspricht, den ersten erwarteten Memristivzustand als den Memristivzustand des mindestens einen memristiven Bauelements zu ermitteln.
  • In Beispiel 52 kann der Gegenstand der Beispiele 49 und 51 optional aufweisen, dass der Leseschaltkreis eingerichtet ist, wenn der erste erwartete Memristivzustand nicht mit dem zweiten erwarteten Memristivzustand korrespondiert: Ausführen (zweier oder mehr) weiterer Messungen während der einzelnen Leseoperation zum Ermitteln einer Strom/Spannungs-Charakteristik des mindestens einen memristiven Bauelements, Fitten der Strom/Spannungs-Charakteristik basierend auf einem physikalischen Modell zum Ermitteln ein oder mehrerer Statischer-Zustand-Parameterwerte, wobei das physikalische Modell auf Statischer-Zustand-Parametern basiert, für welche die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden, und Ermitteln des Memristivzustandes des mindestens einen memristiven Bauelements basierend auf den ermittelten ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten.
  • In Beispiel 53 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 52 optional aufweisen, dass der Leseschaltkreis zum Ermitteln eingerichtet ist, basierend auf dem ermittelten ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameter, ob der Memristivzustand mit einem ersten Logik-Zustand (z.B. „0“) oder einem zweiten Logik-Zustand (z.B. „1“) assoziiert ist.
  • Beispiel 54 ist eine Vorrichtung aufweisend: (z.B. ein Speicher/Speichersystem, wie ein n-Logik-Speicher, aufweisend) eine Mehrzahl von memristiven Bauelementen (z.B. aufweisend den gleichen Memristivzustand oder verschiedene Memristivzustände) (z.B., die aufgrund von Herstellungsunterschieden als Physical-Uncloneable-Function (PUF) dienen); einen Leseschaltkreis, welcher derart eingerichtet ist, dass dieser zum Auslesen eines Logik-Zustandes der Mehrzahl von memristiven Bauelementen eingerichtet ist, wobei der Leseschaltkreis zum Auslesen eines Logik-Zustandes eines jeweiligen memristiven Bauelements der Mehrzahl von memristiven Bauelementen über mindestens zwei Messungen während einer einzigen Leseoperation eingerichtet ist, und basierend auf dem Ermitteln, basierend auf den mindestens zwei Messungen, ob der Logik-Zustand des jeweiligen memristiven Bauelements mit einem ersten Logik-Zustand (z.B., „0“) oder einem zweiten Logik-Zustand (z.B. „1“) assoziiert ist, wobei jede Messung der mindestens zwei Messungen mit einem jeweiligen Messpunkt (z.B. unterschiedlichen Lesespannungswerten oder unterschiedlichen Lesestromwerten) assoziiert ist, der sich von den Messpunkten der anderen Messungen unterscheidet; und ein oder mehrere Prozessoren eingerichtet zum Erzeugen eines Schlüssels (z.B. eines privaten Schlüssels, eines Authentifizierungsschlüssels) basierend auf den für die Mehrzahl von memristiven Bauelementen ermittelten Logik-Zuständen.
  • In Beispiel 55 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 54 optional aufweisen, dass der Leseschaltkreis eingerichtet ist zum Ermitteln, dass der Logik-Zustand des jeweiligen memristiven Bauelements mit dem ersten Logik-Zustand assoziiert ist, für den Fall, dass der Leseschaltkreis den ersten Logik-Zustand für jede Messung der mindestens zwei Messungen ermittelt; und wobei der Leseschaltkreis eingerichtet ist zum Ermitteln, dass der Logik-Zustand des jeweiligen memristiven Bauelements mit dem zweiten Logik-Zustand assoziiert ist, falls der Leseschaltkreis den zweiten Logik-Zustand für jede Messung der mindestens zwei Messungen ermittelt.
  • In Beispiel 56 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 54 oder 55 optional aufweisen, dass der Leseschaltkreis eingerichtet ist zum: während des einzelnen Lesevorgangs eine erste Messung der mindestens zwei Messungen durchzuführen, um einen ersten erwarteten Logik-Zustand des jeweiligen memristiven Bauelements zu ermitteln, während des einzelnen Lesevorgangs eine zweite Messung der mindestens zwei Messungen durchzuführen, um einen zweiten erwarteten Logik-Zustand des jeweiligen memristiven Bauelements zu ermitteln, und in dem Fall, dass der erste Logik-Zustand dem zweiten Logik-Zustand entspricht, den ersten erwarteten Logik-Zustand als den Logik-Zustand des jeweiligen memristiven Bauelements zu ermitteln.
  • In Beispiel 57 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 56 optional aufweisen, dass der Leseschaltkreis eingerichtet ist: im Fall, dass der erste erwartete Logik-Zustand nicht mit dem zweiten erwarteten Logik-Zustand korrespondiert, während der einzelnen Leseoperation eine dritte Messung durchzuführen, um einen dritten erwarteten Logik-Zustand des jeweiligen memristiven Bauelements zu ermitteln, und für den Fall, dass der dritte erwartete Logik-Zustand dem ersten erwarteten Logik-Zustand oder dem zweiten erwarteten Logik-Zustand entspricht, den dritten erwarteten Logik-Zustand als den Logik-Zustand des jeweiligen memristiven Bauelements zu bestimmen.
  • In Beispiel 58 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 56 optional aufweisen, dass der Leseschaltkreis eingerichtet ist: im Fall dass der erste erwartete Logik-Zustand nicht mit dem zweiten erwarteten Logik-Zustand korrespondiert, während der einzelnen Leseoperation (zwei oder mehr) weitere Messungen zum Ermitteln einer Strom/Spannungs-Charakteristik des jeweiligen memristiven Bauelements durchzuführen, wobei das Fitten der Strom/Spannungs-Charakteristik auf einem physikalischen Modell zum Ermitteln ein oder mehrerer Statischer-Zustand-Parameterwerte basiert, wobei das physikalische Modell auf Statischer-Zustand-Parametern basiert, für welche die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden, und zu ermitteln, basierend auf den ermittelten ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten, ob das jeweilige memristive Bauelement mit dem ersten Logikzustand oder dem zweiten Logik-Zustand assoziiert ist.
  • In Beispiel 59 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 54 bis 58 optional aufweisen, dass jedes memristive Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen einen jeweiligen Memristivzustand aufweist, der in einem vordefinierten Unterbereich einer Mehrzahl von Memristivzuständen liegt.
  • In Beispiel 60 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 54 bis 58 optional aufweisen, dass jedes memristive Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen denselben Memristivzustand einer Mehrzahl von Memristivzuständen aufweist.
  • Beispiel 61 ist eine Vorrichtung aufweisend: (z.B. ein Speicher/Speichersystem, wie ein n-Logik-Speicher, aufweisend) eine Mehrzahl von memristiven Bauelementen (z.B. aufweisend den gleichen Memristivzustand oder verschiedene Memristivzustände) (z.B., die aufgrund von Herstellungsunterschieden als Physical-Uncloneable-Function (PUF) dienen); einen Leseschaltkreis (auch als Ausleseschaltung bezeichnet), der eingerichtet zum Auslesen der Mehrzahl von memristiven Bauelementen, wobei der Leseschaltkreis eingerichtet ist zum Auslesen eines jeweiligen memristiven Bauelements der Mehrzahl von memristiven Bauelementen basierend auf einem Ermitteln einer Strom/Spannungs-Charakteristik des jeweiligen memristiven Bauelements, wobei der Leseschaltkreis eingerichtet ist zum Ermitteln der Strom/Spannungs-Charakteristik des jeweiligen memristiven memristiven Bauelements basierend auf einem Anwenden einer Lesespannungssequenz auf das jeweilige memristive Bauelement zum Verursachen einer entsprechenden Stromsequenz durch das jeweilige memristive Bauelement; und ein oder mehrere Prozessoren, die eingerichtet sind zum: Ermitteln von jeweiligen ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten für jedes memristive Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen, wobei das Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte für ein jeweiliges memristives Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen aufweist: Fitten der Strom/Spannungs-Charakteristik, welche für das jeweilige memristive Bauelement basierend auf einem physikalischen Modell ermittelt wurde, zum Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte, wobei das physikalische Modell auf Statischer-Zustand-Parametern basiert, für welche die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden; und Erzeugen eines Schlüssels (z.B., eines privaten Schlüssels, eines Authentifizierungsschlüssels) basierend auf den ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten, welche jeweils für jede der Mehrzahl von memristiven Bauelementen ermittelt wurden.
  • Beispiel 62 ist eine Vorrichtung aufweisend: (z.B. ein Speicher/Speichersystem, wie ein n-Logik-Speicher, aufweisend) eine Mehrzahl von memristiven Bauelementen (z.B. aufweisend den gleichen Memristivzustand oder verschiedene Memristivzustände) (z.B., die aufgrund von Herstellungsunterschieden als Physical-Uncloneable-Function (PUF) dienen); einen Leseschaltkreis (auch als Ausleseschaltung bezeichnet), der zum Auslesen der Mehrzahl von memristiven Bauelementen eingerichtet ist, wobei der Leseschaltkreis eingerichtet ist zum Auslesen eines jeweiligen memristiven Bauelements der Mehrzahl von memristiven Bauelementen basierend auf einem Ermitteln einer Strom/Spannungs-Charakteristik des jeweiligen memristiven Bauelements, wobei der Leseschaltkreis eingerichtet ist zum Ermitteln der Strom/Spannungs-Charakteristik des jeweiligen memristiven Bauelements basierend auf einem Anlegen einer Lesestromsequenz an das jeweilige memristive Bauelement zum Verursachen eines entsprechenden Spannungsabfalls über dem jeweiligen memristiven Bauelement; und ein oder mehrere Prozessoren, die eingerichtet sind zum: Ermitteln von jeweiligen ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten für jedes memristive Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen, wobei das Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte für ein jeweiliges memristives Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen aufweist: Fitten der Strom/Spannungs-Charakteristik, welche für das jeweilige memristive Bauelement basierend auf einem physikalischen Modell ermittelt wurde, zum Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte, wobei das physikalische Modell auf Statischer-Zustand-Parametern basiert, für welche die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden; und Erzeugen eines Schlüssels (z.B., eines privaten Schlüssels, eines Authentifizierungsschlüssels) basierend auf den ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten, welche jeweils für jede der Mehrzahl von memristiven Bauelementen ermittelt wurden.
  • In Beispiel 63 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 61 oder 62 optional aufweisen, dass jedes memristive Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen einen jeweiligen Memristivzustand einer Mehrzahl von Memristivzuständen aufweist, wobei die Memristivzustände der Mehrzahl von memristiven Bauelementen (z.B. zufällig) über die Mehrzahl von Memristivzuständen verteilt sind.
  • In Beispiel 64 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 54 bis 63 optional aufweisen, dass die Mehrzahl von Memristivzuständen eine Anzahl von Memristivzuständen gleich oder größer als 50 hat (z.B. gleich oder größer als 100, z.B. gleich oder größer als 500, etc.).
  • In Beispiel 65 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 54 bis 64 optional aufweisen, dass die ein oder mehreren Prozessoren eingerichtet sind zum Erzeugen eines Schlüssels basierend auf Ermitteln eines jeweiligen Logik-Zustandes für jedes memristive Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen, wobei Ermitteln eines jeweiligen Logik-Zustandes für ein jeweiliges memristives Bauelement aufweist: Klassifizieren des jeweiligen memristiven Bauelements in eine Klasse von zwei oder mehr Klassen basierend auf den ein oder mehreren für das jeweilige memristive Bauelement ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten, wobei jede Klasse der zwei oder mehr Klassen bijektiv einem jeweiligen Logik-Zustand zugeordnet ist; und Erzeugen des Schlüssels basierend auf dem jeweiligen Logik-Zustand jedes memristiven Bauelements der Mehrzahl von memristiven Bauelementen.
  • In Beispiel 66 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 54 bis 65 optional aufweisen, dass ein oder mehrere Prozessoren ferner eingerichtet sind, einen kryptographischen Schlüssel zu erzeugen basierend auf der Anwendung eines Verschlüsselungsalgorithmus auf den Schlüssel.
  • In Beispiel 67 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 54 bis 66 optional aufweisen, dass die ein oder mehreren Prozessoren ferner derart eingerichtet sind, dass sie (z.B. unter Verwendung eines Schieberegisters) Zufallszahlen unter Verwendung des Schlüssels erzeugen.
  • In Beispiel 68 kann die Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 54 bis 67 optional ferner aufweisen: einen Schreib-Schaltkreis eingerichtet zum Schreiben jedes memristiven Bauelements der Mehrzahl von memristiven Bauelementen in einen jeweiligen Memristivzustand einer Mehrzahl von Memristivzuständen (z.B. basierend auf der Anwendung einer entsprechenden Schreibspannung) (z.B. indem die Vorrichtung zu einem rekonfigurierbaren PUF gemacht wird).
  • In Beispiel 69 kann die Vorrichtung von Beispiel 68 optional ferner aufweisen: einen Zufallszahlgenerator eingerichtet zum Erzeugen von ein oder mehreren Zufallszahlen; wobei der Schreib-Schaltkreis eingerichtet ist zum Auswählen des Memristivzustandes von der Mehrzahl von Memristivzuständen, in welche ein jeweiliges memristives Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen geschrieben werden soll basierend auf einer Zufallszahl erzeugt von dem Zufallszahlgenerator (zufälliges Schreiben des rekonfigurierbaren PUF).
  • Beispiel 70 ist ein Hardware-Sicherheitsmodul, das die Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 54 bis 69 aufweist.
  • Beispiel 71 ist ein (z.B. USB) Sicherheitsschlüssel, der die Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 54 bis 69 aufweist.
  • Beispiel 72 ist ein sicherer Kryptoprozessor, der die Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 54 bis 69 aufweist.
  • Beispiel 73 ist ein Verfahren aufweisend: Anlegen eines Strompulses an ein memristives Bauelement, das in einen Memristivzustand gesetzt (z.B. geschrieben) ist; während des Anlegens des Strompuls an das memristive Bauelement, Messen eines ersten Spannungswertes, der mit einem Spannungsabfall über dem memristiven Bauelement bei einem ersten Stromwert assoziiert ist, und eines zweiten Spannungswertes, der mit dem Spannungsabfall über dem memristiven Bauelement bei einem zweiten Stromwert, der sich von dem ersten Stromwert unterscheidet, assoziiert ist.
  • In Beispiel 74 kann das Verfahren gemäß Beispiel 73 optional ferner aufweisen: Setzen (z.B. Schreiben) des memristiven Bauelements in den Memristivzustand vor dem Anlegen des Strompuls an das memristive Bauelement.
  • In Beispiel 75 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 73 oder 74 optional aufweisen, dass das Anlegen des ersten Stromwertes und des zweiten Stromwertes den Memristivzustand des memristiven Bauelements nicht verändert. Zum Beispiel können der erste Stromwert und der zweite Stromwert kleiner sein als ein Programmierstrom (z.B. Schreibstrom), der verwendet wurde, um das memristive Bauelement in den Memristivzustand zu setzen (z.B. zu schreiben).
  • In Beispiel 76 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 73 bis 75 optional aufweisen, dass ein maximaler Spannungswert des Spannungspulses den Memristivzustand des memristiven Bauelements nicht verändert. Zum Beispiel kann der maximale Spannungswert des Spannungspulses gleich oder kleiner als eine Programmierspannung (z.B. Schreibspannung) sein, die verwendet wurde, um das memristive Bauelement in den Memristivzustand zu setzen (z.B. zu schreiben).
  • In Beispiel 77 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 73 bis 76 optional aufweisen, dass der Strompuls und ein Programmierstrom (z.B. Schreibspannung), der verwendet wird, um das memristive Bauelement in den Memristivzustand zu setzen (z.B. zu schreiben), die gleiche Polarität aufweisen.
  • In Beispiel 78 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 73 bis 77 optional aufweisen, dass der erste Spannungswert und der zweite Spannungswert während einer steigenden Flanke des angelegten Strompulses gemessen werden.
  • In Beispiel 79 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 73 bis 77 optional aufweisen, dass der erste Spannungswert und der zweite Spannungswert während einer fallenden Flanke des angelegten Strompulses gemessen werden.
  • In Beispiel 80 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 73 bis 79 optional aufweisen, dass das Messen des ersten Spannungswerts und des zweiten Spannungswerts aufweist: während einer steigenden Flanke und/oder einer fallenden Flanke des Spannungspulses, Messen einer Spannung an dem memristiven Bauelement zum Ermitteln einer Strom/Spannungs-Charakteristik des memristiven Bauelements, wobei die gemessene Spannung den ersten Spannungswert und den zweiten Spannungswert aufweist.
  • In Beispiel 81 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 73 bis 80 optional ferner aufweisen: Anlegen (z.B. direkt nachfolgend) eines weiteren Strompulses an das memristive Bauelement, wobei der weitere Strompuls eine entgegengesetzte Polarität zu dem Strompuls aufweist; während einer fallenden Flanke des angelegten weiteren Strompulses, Messen eines dritten Spannungswertes, der mit dem Spannungsabfall über dem memristiven Bauelement bei einem dritten Stromwert assoziiert ist, und eines vierten Spannungswertes, der mit dem Spannungsabfall über dem memristiven Bauelement bei einem vierten Stromwert, der sich von dem dritten Stromwert unterscheidet, assoziiert ist.
  • Beispiel 82 ist ein Verfahren aufweisend: Anlegen eines Strompulses an ein memristives Bauelement; während einer fallenden Flanke des angelegten Strompulses Messen eines ersten Spannungswertes, der mit einem Spannungsabfall über dem memristiven Bauelement bei einem ersten Stromwert assoziiert ist, und eines zweiten Spannungswertes, der mit dem Spannungsabfall über dem memristiven Bauelement bei einem zweiten Stromwert assoziiert ist, der sich von dem ersten Stromwert unterscheidet.
  • In Beispiel 83 kann das Verfahren gemäß Beispiel 82 optional ferner aufweisen: Setzen (z.B. Schreiben) des memristiven Bauelements in einen Memristivzustand vor dem Anlegen des Strompuls an das memristive Bauelement.
  • In Beispiel 84 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 83 optional aufweisen, dass der Strompuls und ein Programmierstrom (z.B. Schreibspannung), die verwendet werden, um das memristive Bauelement in den Memristivzustand zu setzen (z.B. zu schreiben), die gleiche Polarität aufweisen.
  • In Beispiel 85 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 82 optional aufweisen, dass das Anlegen des Strompulses auf das memristive Bauelement das Setzen (z.B. Schreiben) des memristiven Bauelements in einen Memristivzustand während einer steigenden Flanke des angewandten Strompuls aufweist.
  • In Beispiel 86 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 82 bis 85 optional ferner aufweisen: Anlegen eines weiteren Strompulses (z.B. direkt nachfolgend) an das memristive Bauelement, wobei der weitere Strompuls eine entgegengesetzte Polarität zu dem Strompuls aufweist; während einer fallenden Flanke des angelegten weiteren Strompulses, Messen eines dritten Spannungswertes, der mit dem Spannungsabfall über dem memristiven Bauelement bei einem dritten Stromwert assoziiert ist, und eines vierten Spannungswertes, der mit dem Spannungsabfall über dem memristiven Bauelement bei einem vierten Stromwert, der sich von dem dritten Stromwert unterscheidet, assoziiert ist.
  • In Beispiel 87 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 82 bis 86 optional aufweisen, dass das Messen des ersten Spannungswerts und des zweiten Spannungswerts aufweist: Messen einer Spannung an dem memristiven Bauelement zum Ermitteln einer Strom/Spannungs-Charakteristik des memristiven Bauelements, wobei die gemessene Spannung den ersten Spannungswert und den zweiten Spannungswert aufweist.
  • Beispiel 88 ist ein Verfahren zum Ermitteln von Statischer-Zustand-Parameterwerten eines memristiven Bauelements, wobei das Verfahren aufweist: Setzen eines (z.B. hergestellten) memristiven Bauelements in einen Memristivzustand einer Mehrzahl von Memristivzuständen, Ermitteln ein oder mehrerer Statischer-Zustand-Parameterwerte des memristiven Bauelements assoziiert mit dem Memristivzustand, wobei das Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte aufweist: Ermitteln (z.B. Messen und optional Plotten) einer Strom/Spannungs-Charakteristik des memristiven Bauelements basierend auf dem Anlegen einer Lesestromsequenz an das memristive Bauelement zum Verursachen einer entsprechenden Spannungssequenz an dem memristiven Bauelement, Fitten der Strom/Spannungs-Charakteristik basierend auf einem physikalischen Modell zum Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte, wobei das physikalische Modell auf Statischer-Zustand-Parametern basiert, für welche die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden.
  • In Beispiel 89 kann das Verfahren von Beispiel 88 optional ferner aufweisen: Setzen des memristiven Bauelements in einen anderen Memristivzustand der Mehrzahl von Memristivzuständen, Ermitteln ein oder mehrerer anderer Statischer-Zustand-Parameterwerte des memristiven Bauelements, die mit dem anderen Memristivzustand assoziiert sind, wobei das Ermitteln der ein oder mehreren anderen Statischer-Zustand-Parameterwerte aufweist: Ermitteln (z.B. Messen und optional Plotten) einer anderen Strom/Spannungs-Charakteristik des memristiven Bauelements basierend auf dem Anlegen einer Lesespannungssequenz (z.B. der gleichen Lesespannungssequenz oder einer anderen Lesespannungssequenz) an das memristive Bauelement zum Verursachen einer entsprechenden Spannungssequenz an (also einer Sequenz von Spannungsabfällen über) dem memristiven Bauelement, Fitten der anderen Strom/Spannungs-Charakteristik basierend auf dem physikalischen Modell, um die ein oder mehreren anderen Statischer-Zustand-Parameterwerte zu ermitteln.
  • In Beispiel 90 kann das Verfahren gemäß Beispiel 88 oder 89 optional ferner aufweisen: Simulieren, basierend auf den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten (z.B. den ermittelten ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten und/oder den ermittelten ein oder mehreren anderen Statischer-Zustand-Parameterwerten), des Verhaltens eines Memristiv-Schaltkreises (z.B. mittels elektronischer Schaltungssimulation), der ein oder mehrere memristive Bauelemente enthält, die entsprechend dem (z.B. hergestellten) memristiven Element eingerichtet sind.
  • In Beispiel 91 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 90 optional aufweisen, dass das Simulieren des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises aufweist: Variieren ein oder mehrerer Simulations-Parameter, die mit einem Betrieb des Memristiv-Schaltkreises assoziiert sind.
  • In Beispiel 92 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 91 optional aufweisen, dass die ein oder mehreren Simulations-Parameter mindestens einen Parameter der folgenden Liste von Parametern aufweisen: eine Temperatur des memristiven Bauelements, eine Programmierspannung zum Setzen eines Memristivzustandes, eine Lesespannung zum Lesen des Memristivzustandes des memristiven Bauelements, und/oder einen gewünschten Strom durch das memristive Bauelement in Reaktion auf das Anlegen einer korrespondierenden Lesespannung.
  • In Beispiel 93 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 90 bis 92 optional aufweisen, dass die Strom/Spannungs-Charakteristik des memristiven Bauelements bei einem ersten Temperaturwert ermittelt wird; und wobei Simulieren des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises das Simulieren des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises bei einem zweiten Temperaturwert aufweist, der sich von dem ersten Temperaturwert unterscheidet.
  • In Beispiel 94 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 90 bis 93 optional aufweisen, dass jeder ermittelte Statischer-Zustand-Parameterwert mit einem entsprechenden Fehler assoziiert ist; und wobei die Simulation des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises unter Berücksichtigung des jeweiligen Fehlers (z.B. als Rauschen) der ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerte durchgeführt wird.
  • In Beispiel 95 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 90 bis 94 optional ferner aufweisen: Messen eines Statischer-Zustand-Parameterwertes von mindestens einem Statischer-Zustand-Parameter; Ermitteln einer Differenz zwischen dem gemessenen Statischer-Zustand-Parameterwert und dem für den mindestens einen Statischer-Zustand-Parameter mittels des physikalischen Modells ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwert; und in dem Fall, dass der ermittelte Unterschied weniger ist als ein vordefinierter Verifikationswert, Verifizieren des ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwertes.
  • In Beispiel 96 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 90 bis 95 optional ferner aufweisen: nacheinander Setzen des memristiven Bauelements in die anderen Memristivzustände der Mehrzahl von Memristivzuständen; in jedem der anderen Memristivzustände der Mehrzahl von Memristivzuständen, Ermitteln von jeweils ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten des memristiven Bauelements, um eine funktionale Korrelation zwischen den ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten und den Memristivzuständen zu ermitteln; und wobei die Simulation des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises unter Verwendung der ermittelten funktionalen Korrelation durchgeführt wird.
  • In Beispiel 97 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 88 bis 96 optional ferner aufweisen: Auswählen (z.B. Anpassen), basierend auf den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten (z.B. den ermittelten ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten und/oder den ermittelten ein oder mehreren anderen Statischer-Zustand-Parameterwerten), von Betriebsparametern assoziiert mit einem Betrieb des memristiven Bauelements (z.B. als eine Funktion von den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten).
  • In Beispiel 98 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 97 optional aufweisen, dass die ausgewählten Betriebsparameter mindestens einen Betriebsparameter der folgenden Liste von Betriebsparametern aufweisen: einen (z.B., jeweiligen) Lesespannungsabfall über dem memristiven Bauelement, einen Lesestrom durch das memristive Bauelement zum Lesen des Memristivzustandes des memristiven Bauelements, einen Schreibspannungsabfall über dem memristiven Bauelement, einen Schreibstrom durch das memristive Bauelement zum Schreiben des Memristivzustandes des memristiven Bauelements, eine Änderung im Fluss und/oder eine Änderung in der Ladung des memristiven Bauelements assoziiert mit einem Schreiben des memristiven Bauelements, und/oder eine Betriebstemperatur.
  • In Beispiel 99 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 96 oder 97, vorausgesetz in Kombination mit Beispiel 92, optional aufweisen, dass die ausgewählten Betriebsparameter einen Programmierstrom (z.B. Schreibspannung) zum Setzen des memristiven Bauelements in einen entsprechenden Memristivzustand der Mehrzahl von Memristivzuständen aufweisen.
  • In Beispiel 100 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 97 bis 99 optional aufweisen, dass die Auswahl der Betriebsparameter basierend auf den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten das Anpassen mindestens eines Betriebsparameters, der mit dem Betrieb des memristiven Bauelements assoziiert ist, während der Verwendung des memristiven Bauelements aufweist (z.B. das Ermöglichen einer Rekonfiguration während der Verwendung aufgrund möglicher Änderungen (z.B. Temperatur)).
  • In Beispiel 101 kann das Verfahren gemäß Beispiel 100 optional ferner aufweisen: Betreiben des memristiven Bauelements basierend auf initialen Betriebsparametern und, nach dem Anpassen des mindestens einen Betriebsparameters, Betreiben des memristiven Bauelements basierend auf dem angepassten mindestens einem Betriebsparameter.
  • Beispiel 102 ist ein Verfahren zum Auswählen von Betriebsparametern, die mit einem Betrieb einer memristiven Vorrichtung assoziiert sind, die eine Mehrzahl von memristiven Bauelementen enthält, wobei das Verfahren aufweist: für jedes memristive Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen, Ermitteln von jeweils ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten gemäß dem Verfahren von Beispiel 88; Auswählen, basierend auf den für die Mehrzahl von memristiven Bauelementen ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten, der mit dem Betrieb der memristiven Vorrichtung assoziierten Betriebsparameter.
  • In Beispiel 103 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 88 bis 102 optional ferner aufweisen: Ermitteln (z.B. Klassifizieren), basierend auf den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten (z.B. den ermittelten ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten und/oder den ermittelten ein oder mehreren anderen Statischer-Zustand-Parameterwerten), ob der Memristivzustand des memristiven Bauelements mit einem ersten Logik-Zustand (z.B. „0“) oder einem zweiten Logik-Zustand (z.B. „1“) assoziiert ist.
  • In Beispiel 104 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 88 bis 103 optional ferner aufweisen: Ermitteln (z.B. Klassifizieren), für mindestens einen (z.B. für jeden) Statischer-Zustand-Parameterwert der ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerte (z.B. der ermittelten ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte und/oder der ermittelten ein oder mehreren anderen Statischer-Zustand-Parameterwerte), ob der mindestens eine Statischer-Zustand-Parameterwert innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, der mit dem mindestens einen Statischer-Zustand-Parameterwert assoziiert ist.
  • In Beispiel 105 kann das Verfahren gemäß Beispiel 104 optional ferner aufweisen: falls der mindestens eine Statischer-Zustand-Parameterwert innerhalb des vordefinierten Bereichs liegt, der mit dem mindestens einen Statischer-Zustand-Parameterwert assoziiert ist, validieren des memristiven Bauelements.
  • In Beispiel 106 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 88 bis 103 optional ferner aufweisen: Validieren des memristiven Bauelements für den Fall, dass jeder Statischer-Zustand-Parameterwert der ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerte (z.B. der ermittelten ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte und/oder der ermittelten ein oder mehreren anderen Statischer-Zustand-Parameterwerte) innerhalb eines jeweiligen vordefinierten Bereichs liegt.
  • Beispiel 107 ist ein Verfahren zum Validieren einer memristiven Vorrichtung, die eine Mehrzahl von memristiven Bauelementen aufweist, wobei das Verfahren aufweist: für jedes memristive Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen, Ermitteln von jeweiligen ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten in Übereinstimmung mit dem Verfahren von Beispiel 88; für jeden Statischer-Zustand-Parameter, für den die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden, Ermitteln, ob die Mehrzahl der memristiven Bauelemente ein oder mehrere vordefinierte Kriterien erfüllt, wobei die Mehrzahl von memristiven Bauelementen die ein oder mehrere vordefinierten Kriterien für einen jeweiligen Statischer-Zustand-Parameter erfüllt, falls eine Variation der ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerte im Zusammenhang mit dem jeweiligen Statischer-Zustand-Parameter zwischen der Vielzahl der memristiven Bauelemente gleich oder kleiner als eine vordefinierte Schwellvariation ist.
  • In Beispiel 108 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 107 optional aufweisen, dass die Variation der ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerte, die mit dem jeweiligen Statischer-Zustand-Parameter assoziiert sind, eine Abweichung von einem Durchschnittswert ist, wobei der Durchschnittswert basierend auf einer Mittelwertbildung der Statischer-Zustand-Parameterwerte, die mit dem jeweiligen Statischer-Zustand-Parameter assoziiert sind, über die Mehrzahl von memristiven Bauelementen ermittelt ist.
  • Beispiel 109 ist ein Verfahren zur Validierung von memristiven Bauelementen einer Mehrzahl von memristiven Bauelementen, das Verfahren aufweisend: für jedes memristive Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen, Ermitteln von jeweiligen ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten in Übereinstimmung mit dem Verfahren von Beispiel 88; Ermitteln, ob ein jeweiliges memristives Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen ein oder mehrere vordefinierte Kriterien erfüllt, wobei das jeweilige memristive Bauelement die ein oder mehreren vordefinierten Kriterien in dem Fall erfüllt, dass jeder der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt für das jeweilige memristiven Bauelement ein jeweiliges Kriterium erfüllt, wobei ein jeweiliger Statischer-Zustand-Parameterwert das Kriterium in dem Fall erfüllt, dass der jeweilige Statischer-Zustand-Parameterwert innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, der mit dem jeweiligen Statischer-Zustand-Parameter assoziiert ist, für den der jeweilige Statischer-Zustand-Parameterwert ermittelt ist; und Validieren des jeweiligen Elements für den Fall, dass das jeweilige Element die ein oder mehreren vordefinierten Kriterien erfüllt.
  • In Beispiel 110 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 109 optional aufweisen, dass der vordefinierte Bereich, der mit dem jeweiligen Statischer-Zustand-Parameter assoziiert ist, eine Abweichung von einem Durchschnittswert definiert, wobei der Durchschnittswert basierend auf einer Mittelwertbildung der Statischer-Zustand-Parameterwerte, die mit dem jeweiligen Statischer-Zustand-Parameter assoziiert sind, über die Mehrzahl von memristiven Bauelementen ermittelt wird.
  • In Beispiel 111 kann das Verfahren gemäß Beispiel 109 oder 110 optional ferner aufweisen: Ungültigmachen des jeweiligen memristiven Bauelements für den Fall, dass das jeweilige Element mindestens eines der ein oder mehreren vordefinierten Kriterien nicht erfüllt (ungültig gemachte memristive Bauelemente können z.B. während des Gebrauchs nicht adressiert werden).
  • In Beispiel 112 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 88 bis 111 optional ferner aufweisen: Setzen des memristiven Bauelements in die anderen Memristivzustände der Mehrzahl von Memristivzuständen nacheinander; in jedem der anderen Memristivzustände der Mehrzahl von Memristivzuständen Ermitteln von jeweils ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten des memristiven Bauelements gemäß dem Verfahren von Beispiel 88, um eine funktionale Korrelation zwischen den ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten und den Memristivzuständen zu ermitteln.
  • Beispiel 113 ist ein Verfahren zum Ermitteln Statischer-Zustand-Parameterwerte eines memristiven Bauelements in Abhängigkeit von einem Memristivzustand des memristiven Bauelements, das Verfahren aufweisend: Setzen des memristiven Bauelements in jeden Memristivzustand der Mehrzahl von Memristivzuständen nacheinander; in jedem Memristivzustand der Mehrzahl von Memristivzuständen, Ermitteln von jeweiligen ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten des memristiven Bauelements gemäß dem Verfahren von Beispiel 88 um eine funktionale Korrelation zwischen den ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten und den Memristivzuständen zu ermitteln.
  • In Beispiel 114 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 112 oder 113 optional aufweisen, dass das Setzen des memristiven Bauelements in einen jeweiligen Memristivzustand der Mehrzahl von Memristivzuständen das Anlegen einer mit dem jeweiligen Memristivzustand assoziierten Programmierspannung an das memristive Bauelement aufweist.
  • In Beispiel 115 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 88 bis 114 optional aufweisen, dass die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameter mit (z.B. elektrischen und/oder herstellungsbezogenen) Eigenschaften des memristiven Bauelements korreliert sind.
  • In Beispiel 116 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 88 bis 115 optional aufweisen, dass die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameter das memristive Bauelement charakterisieren.
  • In Beispiel 117 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 88 bis 116 optional aufweisen, dass die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameter mindestens einen Parameter aus der folgenden Liste von Parametern aufweisen: einen Sättigungsstrom des memristiven Bauelements, einen Idealitätsfaktor des memristiven Bauelements, einen Rückwärts-Sättigungsstrom des memristiven Bauelements, und/oder ein Barrierepotential des memristiven Bauelements.
  • In Beispiel 118 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 88 bis 117 optional aufweisen, dass die Strom/Spannungs-Charakteristik gefittet ist gemäß: V = A k B T q log ( I B + 1 ) ( 1 + C k B T q log ( I B + 1 ) ) + I ⋅ D ,
    Figure DE102022125339A1_0009
    wobei: V ist die angelegte Lesespannung, I ist der (Lese-)Strom durch das memristive Bauelement als Reaktion auf das Anlegen der Lesespannung, kB die Boltzmann-Konstante ist, T die Temperatur des memristiven Bauelements ist, q die Elektronenladung ist, und A, B, C, und D sind Fitparameter.
  • In Beispiel 119 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 118 optional aufweisen, dass: A und C eine Idealität des memristiven Bauelements darstellen; und/oder dass B einen Rückwärts-Sättigungsstrom, IS, durch das memristive Bauelement als Reaktion auf das Anlegen der Lesespannung darstellt; und/oder dass D einen Serienwiderstand, RS, des memristiven Bauelements darstellt.
  • Beispiel 120 ist ein Verfahren aufweisend: Setzen eines memristiven Bauelements in einen Memristivzustand einer Mehrzahl von Memristivzuständen, Ermitteln ein oder mehrerer Statischer-Zustand-Parameterwerte des memristiven Bauelements assoziiert mit dem Memristivzustand, wobei das Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte aufweist: Ermitteln einer Strom/Spannungs-Charakteristik des memristiven Bauelements, und Fitten der Strom/Spannungs-Charakteristik basierend auf einem physikalischen Modell zum Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte, wobei das physikalische Modell auf Statischer-Zustand-Parametern basiert, für welche die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden.
  • In Beispiel 121 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 120 optional aufweisen, dass Ermitteln der Strom/Spannungs-Charakteristik des memristiven Bauelements aufweist: Verursachen einer Lesespannungsabfall-Sequenz über dem memristiven Bauelement und Ermitteln einer zugehörigen Lesestrom-Sequenz durch das memristive Bauelement; und/oder Verursachen einer Lesestrom-Sequenz durch das memristive Bauelement und Ermitteln einer entsprechenden Lesespannungsabfall-Sequenz über dem memristiven Bauelement.
  • In Beispiel 122 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 120 oder 121 optional ferner aufweisen: Simulieren, basierend auf den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten, des Verhaltens eines Memristiv-Schaltkreises, der ein oder mehrere gemäß dem memristiven Bauelement eingerichtete memristive Bauelemente enthält.
  • In Beispiel 123 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 122 optional aufweisen, dass das Simulieren des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises aufweist: Variieren ein oder mehrerer Simulations-Parameter, die mit einem Betrieb des Memristiv-Schaltkreises assoziiert sind.
  • In Beispiel 124 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 123 optional aufweisen, dass die ein oder mehreren Simulations-Parameter mindestens einen Parameter der folgenden Liste von Parametern aufweisen: eine Temperatur des memristiven Bauelements, eine Programmierspannung zum Setzen eines Memristivzustandes, eine Lesespannung zum Lesen des Memristivzustandes des memristiven Bauelements, und/oder einen gewünschten Strom durch das memristive Bauelement in Reaktion auf das Anlegen einer korrespondierenden Lesespannung.
  • In Beispiel 125 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 122 bis 124 optional aufweisen, dass die Strom/Spannungs-Charakteristik des memristiven Bauelements bei einem ersten Temperaturwert ermittelt wird; und wobei Simulieren des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises Simulieren des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises bei einem zweiten Temperaturwert aufweist, der sich von dem ersten Temperaturwert unterscheidet.
  • In Beispiel 126 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 122 bis 125 optional aufweisen, dass jeder ermittelte Statischer-Zustand-Parameterwert mit einem jeweiligen Fehler assoziiert ist; und wobei die Simulation des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises unter Berücksichtigung des jeweiligen Fehlers von den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten durchgeführt wird.
  • In Beispiel 127 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 122 bis 126 optional ferner aufweisen: Messen eines Statischer-Zustand-Parameterwertes von mindestens einem Statischer-Zustand-Parameter; Ermitteln einer Differenz zwischen dem gemessenen Statischer-Zustand-Parameterwert und dem für den mindestens einen Statischer-Zustand-Parameter mittels des physikalischen Modells ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwert; und in dem Fall, dass der ermittelte Unterschied weniger ist als ein vordefinierter Verifikationswert, Verifizieren des ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwertes.
  • In Beispiel 128 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 122 bis 127 optional ferner aufweisen: Bringen des memristiven Bauelements in zwei oder mehr andere memristive Zustände von der Mehrzahl von Memristivzuständen aufeinander folgend; in jedem der zwei oder mehr anderen memristiven Zustände der Vielzahl von Memristivzuständen, Ermitteln von jeweiligen ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten des memristiven Bauelements, um eine funktionale Korrelation zwischen den ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten und den Memristivzuständen zu ermitteln; und wobei die Simulation des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises unter Verwendung der ermittelten funktionalen Korrelation durchgeführt wird.
  • In Beispiel 129 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 120 bis 128 optional ferner aufweisen: Auswählen, basierend auf den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten, von Betriebsparametern assoziiert mit einem Betrieb des memristiven Bauelements.
  • In Beispiel 130 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 129 optional aufweisen, dass die ausgewählten Betriebsparameter mindestens einen Betriebsparameter der folgenden Liste von Betriebsparametern aufweisen: eine Lesespannung oder einen Lesestrom zum Lesen des Memristivzustandes des memristiven Bauelements, und/oder eine Betriebstemperatur.
  • In Beispiel 131 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 129 oder 130 optional aufweisen, dass die Auswahl der Betriebsparameter basierend auf den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten das Anpassen mindestens eines Betriebsparameters aufweist, der mit dem Betrieb des memristiven Bauelements während der Verwendung des memristiven Bauelements assoziiert ist.
  • In Beispiel 132 kann das Verfahren gemäß Beispiel 131 optional ferner aufweisen: Betreiben des memristiven Bauelements basierend auf initialen Betriebsparametern und, nach dem Anpassen des mindestens einen Betriebsparameters, Betreiben des memristiven Bauelements basierend auf dem angepassten mindestens einem Betriebsparameter.
  • In Beispiel 133 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 120 bis 132 optional ferner aufweisen: Ermitteln, basierend auf den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten, ob der Memristivzustand des memristiven Bauelements mit einem ersten Logik-Zustand oder einem zweiten Logik-Zustand assoziiert ist.
  • In Beispiel 134 kann das Verfahren gemäß einem der Beispiele 120 bis 133 optional ferner aufweisen: Ermitteln, für mindestens einen Statischer-Zustand-Parameterwert der ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerte, ob der mindestens eine Statischer-Zustand-Parameterwert innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, der mit dem mindestens einen Statischer-Zustand-Parameterwert assoziiert ist; und falls der mindestens eine Statischer-Zustand-Parameterwert innerhalb des vordefinierten Bereichs liegt, der mit dem mindestens einen Statischer-Zustand-Parameterwert assoziiert ist, Validieren des memristiven Bauelements.
  • In Beispiel 135 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 120 bis 134 optional aufweisen, dass die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameter mit Eigenschaften des memristiven Bauelements korreliert sind.
  • In Beispiel 136 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 120 bis 135 optional aufweisen, dass die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameter mindestens einen Parameter aus der folgenden Liste von Parametern aufweisen: einen Sättigungsstrom des memristiven Bauelements, einen Idealitätsfaktor des memristiven Bauelements, einen Rückwärts-Sättigungsstrom des memristiven Bauelements, und/oder ein Barrierepotential des memristiven Bauelements.
  • In Beispiel 137 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 120 bis 136 optional aufweisen, dass die Strom/Spannungs-Charakteristik gefittet ist gemäß: V = A k B T q log ( I B + 1 ) ( 1 + C k B T q log ( I B + 1 ) ) + I ⋅ D ,
    Figure DE102022125339A1_0010
      
    Figure DE102022125339A1_0011
    wobei: V die angelegte Lesespannung ist, I der Strom durch das memristive Bauelement als Reaktion auf das Anlegen der Lesespannung ist, kB die Boltzmann-Konstante ist, T die Temperatur des memristiven Bauelements ist, q die Elektronenladung ist, und A, B, C, und D Fitparameter sind.
  • In Beispiel 138 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 137 optional aufweisen, dass: A und C repräsentieren eine Idealität des memristiven Bauelements; und/oder B repräsentiert einen Rückwärts-Sättigungsstrom, IS, durch das memristive Bauelement als Reaktion auf das Anlegen der Lesespannung; und/oder D repräsentiert einen Serienwiderstand, RS, des memristiven Bauelements.
  • In Beispiel 139 kann das Verfahren gemäß Beispiel 137 oder 138 optional ferner aufweisen: wobei Fitten der Strom/Spannungs-Charakteristik basierend auf dem physikalischen Modell aufweist: Ermitteln einer korrigierten Strom/Spannungs-Charakteristik basierend auf der Korrektur von ferroelektrischen Polarisationseffekten, und Fitten der korrigierten Strom/Spannungs-Charakteristik basierend auf dem physikalischen Modell.
  • Beispiel 140 ist ein Verfahren zum Validieren einer memristiven Vorrichtung, die eine Mehrzahl von memristiven Bauelementen enthält, das Verfahren aufweisend: Bringen jedes memristiven Bauelements der Mehrzahl von memristiven Bauelementen in einen jeweiligen Memristivzustand basierend auf Anlegen einer gleichen Programmierspannung oder eines gleichen Programmierstroms; für jedes memristive Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen, Ermitteln von jeweiligen ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten, wobei das Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte eines jeweiligen memristiven Bauelements aufweist: Ermitteln einer Strom/Spannungs-Charakteristik des jeweiligen memristiven Bauelements, und Fitten der Strom/Spannungs-Charakteristik basierend auf einem physikalischen Modell zum Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte, wobei das physikalische Modell auf Statischer-Zustand-Parametern basiert, für welche die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden; für jeden Statischer-Zustand-Parameter, für den die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden, Ermitteln, ob die Mehrzahl der memristiven Bauelemente ein oder mehrere vordefinierte Kriterien erfüllt, wobei die Mehrzahl von memristiven Bauelementen die ein oder mehrere vordefinierten Kriterien für einen jeweiligen Statischer-Zustand-Parameter erfüllt, falls eine Variation der ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerte im Zusammenhang mit dem jeweiligen Statischer-Zustand-Parameter zwischen der Vielzahl der memristiven Bauelemente gleich oder kleiner als eine vordefinierte Schwellvariation ist.
  • Es versteht sich, dass eine Vorrichtung (z.B. eine Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 48 bis 71) derart eingerichtet sein kann, dass sie ein oder mehrere der Verfahren gemäß Beispielen 1 bis 47 und/oder gemäß Beispiel 73 bis 140 durchführt.
  • Der Begriff „unter Verwendung“ wie beschrieben gemäß verschiedenen Aspekten kann im Sinne von „basierend auf” oder als „Funktion von“ oder „mittels“ verstanden werden. Der Begriff „basierend auf” wie beschrieben gemäß verschiedenen Aspekten kann im Sinne von „von“ oder als „Funktion von“ verstanden werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass für die Strom-/Spannungsmessung verschiedene Messroutinen verwendet werden können, um einen funktionalen Zusammenhang zwischen einem Spannungsabfall und einem entsprechenden elektrischen Strom zu ermitteln, z.B. eine stromgesteuerte Messung (z.B. Setzen eines Stroms und Messen einer entsprechenden Spannung) oder eine spannungsgesteuerte Messung (z.B. Setzen einer Spannung und Messen eines entsprechenden Stroms), z.B., eine Fluss-gesteuerte Messung (z.B. Einstellen einer Zeit und einer zeitabhängigen Spannung und Messen eines entsprechenden zeitabhängigen Stroms, z.B. Messen einer Ladung als Zeitintegral des zeitabhängigen Stroms), z.B. eine Ladungsgesteuerte Messung (z.B. Einstellen einer Zeit und eines zeitabhängigen Stroms und Messen einer entsprechenden zeitabhängigen Spannung, z.B. Messen eines Flusses als Zeitintegral der zeitabhängigen Spannung).
  • Der Begriff „ermitteln“, wie gemäß verschiedenen Aspekten beschrieben, kann in einigen Aspekten so verstanden werden, dass dieser einen oder mehrere Aspekte von „Messen“, „Modellieren“, „Plotten“, „Fitten“ und dergleichen aufweist. Eine Messung kann jedoch auch ein gewisses Maß an Modellieren, Plotten, Fitten aufweisen.
  • Beispiel 141 ist ein Verfahren aufweisend: Schreiben eines memristiven Bauelements (in einigen Aspekten als memristive Struktur bezeichnet) in einen Memristivzustand einer Mehrzahl von Memristivzuständen; während des Schreibens des memristiven Bauelements, Ermitteln (z.B. Messen oder Einstellen für eine Messung) eines ersten Stromwerts, der mit einem Strom durch das memristive Bauelement bei einem ersten Spannungswert assoziiert ist, und Ermitteln (z.B. Messen oder Einstellen für eine Messung) eines zweiten Stromwerts, der mit einem Strom durch das memristive Bauelement bei einem zweiten Spannungswert assoziiert ist, der sich von dem ersten Spannungswert unterscheidet.
  • In Beispiel 142 kann das Verfahren von Beispiel 141 optional ferner aufweisen: nach dem Schreiben des memristiven Bauelements in den Memristivzustand, Schreiben des memristiven Bauelements in einen anderen Memristivzustand der Mehrzahl von Memristivzuständen, die sich von dem Memristivzustand unterscheiden; und Ermitteln eines dritten Stromwertes, der mit einem Strom durch das memristive Bauelement assoziiert ist, bei einem dritten Spannungswert (z.B., und Ermitteln eines vierten Stromwerts, der mit einem Strom durch das memristive Bauelement assoziiert ist, bei einem vierten Spannungswert, der sich von dem dritten Spannungswert unterscheidet (z.B. und verschieden von dem ersten und zweiten Spannungswert).
  • Gemäß verschiedenen Aspekten kann das Schreiben des memristiven Bauelements in einen der Mehrzahl von Memristivzuständen eine Schreiboperation aufweisen. Die Schreiboperation kann derart eingerichtet sein (z.B. basierend auf dem Liefern ein oder mehrerer Schreibsignale an das memristive Bauelement), dass ein oder mehrere Schreibspannungsabfälle (z.B. in einer Fluss-gesteuerten Schreiboperation) über das memristive Bauelement und/oder ein oder mehrere Schreibströme (z.B. in einer Stromgesteuerten Schreiboperation) durch das memristive Bauelement bereitgestellt werden. Der Memristivzustand, der durch die Schreiboperation tatsächlich geschrieben wird, kann, gemäß verschiedenen Aspekten, definiert sein durch die Veränderung des Flusses und/oder der Ladung verursacht von der Schreiboperation. Die Änderung des Flusses kann durch ein Zeitintegral der angelegten Spannung definiert sein und die Änderung der Ladung kann durch ein Zeitintegral des angelegten Stroms definiert sein. In der Ladung/Fluss-Charakteristik des memristiven Bauelements ist jeder Ladungswert eindeutig einem entsprechenden positiven Fluss-Wert und einem entsprechenden negativen Fluss-Wert zugeordnet. Die Ladungs-/Fluss-Charakteristik weist ein hysteretisches Verhalten auf, das mit den memristiven Funktionen des memristiven Bauelements assoziiert ist.
  • In Beispiel 143 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 141 oder 142 optional aufweisen, dass der erste Stromwert und der zweite Stromwert korrespondierend zu einer steigenden Flanke eines angelegten Schreibspannungspulses gemessen werden. Anders ausgedrückt, können der erste Stromwert und der zweite Stromwert bei einer gleichen steigenden Flanke eines Schreibspannungspulses liegen.
  • In Beispiel 144 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 142 oder 143 optional aufweisen, dass der dritte Stromwert und der vierte Stromwert korrespondierend zu einer anderen steigenden Flanke eines anderen angelegten Schreibspannungspulses gemessen werden. Anders ausgedrückt, können der dritte Stromwert und der vierte Stromwert bei einer gleichen steigenden Flanke eines anderen Schreibspannungspulses liegen.
  • In Beispiel 145 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 142 oder 143 optional aufweisen, dass der dritte Stromwert und der vierte Stromwert korrespondierend zu der gleichen steigenden Flanke des Schreibspannungspulses gemessen werden, der zum Ermitteln des ersten Stromwertes und des zweiten Stromwertes verwendet wurde. Anders ausgedrückt, können der erste Spannungswert, der zweite Spannungswert, der dritte Spannungswert und der vierte Spannungswert bei derselben steigenden Flanke eines Schreibspannungspulses liegen.
  • Beispiel 146 ist ein Verfahren zum Ermitteln von Dynamischer-Zustand-Parameterwerten eines memristiven Bauelements, wobei das Verfahren aufweist: Setzen eines (z.B. hergestellten) memristiven Bauelements in einen Memristivzustand einer Mehrzahl von Memristivzuständen, Ermitteln ein oder mehrerer Statischer-Zustand-Parameterwerte des memristiven Bauelements assoziiert mit dem Memristivzustand, wobei das Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte aufweist: Ermitteln (z.B. Messen und optional Plotten) einer Strom/Spannungs-Charakteristik des memristiven Bauelements basierend auf einem Anwenden einer Lesespannungssequenz auf das memristive Bauelement zum Verursachen einer entsprechenden Stromsequenz durch das memristive Bauelement, Fitten der Strom/Spannungs-Charakteristik basierend auf einem physikalischen Modell zum Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte, wobei das physikalische Modell auf Statischer-Zustand-Parametern basiert, für welche die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden.
  • Beispiel 147 ist ein Verfahren zum Ermitteln Dynamischer-Zustand-Parameterwerte eines memristiven Bauelements, wobei das Verfahren aufweist: Setzen eines (z.B. hergestellten) memristiven Bauelements in einen anfänglichen Memristivzustand einer Mehrzahl von Memristivzuständen, Ermitteln ein oder mehrerer Statischer-Zustand-Parameterwerte des memristiven Bauelements, die mit dem anfänglichen Memristivzustand assoziiert sind, wobei das Ermitteln der einen oder mehrerer Statischer-Zustand-Parameterwerte aufweist: Ermitteln (z.B. Messen und optional Plotten) einer Strom/Spannungs-Charakteristik des memristiven Bauelements basierend auf einem Anwenden einer Lesespannungssequenz auf das memristive Bauelement zum Verursachen einer entsprechenden Stromsequenz durch das memristive Bauelement, Fitten der Strom/Spannungs-Charakteristik basierend auf einem physikalischen Modell zum Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte, wobei das physikalische Modell auf Statischer-Zustand-Parametern basiert, für welche die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden. Anlegen einer Schreibspannung oder eines Schreibstroms an das memristive Bauelement und Messen des entsprechenden Schreibstroms oder der entsprechenden Schreibspannung, Ermitteln ein oder mehrerer Statischer-Zustand-Parameterwerte des memristiven Bauelements, die mit dem endgültigen Memristivzustand assoziiert sind, wobei das Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte aufweist: Ermitteln (z.B. Messen und optional Plotten) einer Strom/Spannungs-Charakteristik des memristiven Bauelements basierend auf der Anwendung einer Lesespannungssequenz auf das memristive Bauelement zum Verursachen einer entsprechenden Stromsequenz durch das memristive Bauelement, Fitten der Strom/Spannungs-Charakteristik basierend auf einem physikalischen Modell zum Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte assoziiert mit dem endgültigen Memristivzustand des memristiven Bauelements, wobei das physikalische Modell auf Statischer-Zustand-Parametern basiert, für welche die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden. Das Fitten der Strom/Spannungs-Charakteristik-Kurve des memristiven Bauelements während des Schreibens vom anfänglichen Memristivzustand zum endgültigen Memristivzustand ist charakterisiert basierend auf einem physikalischen Modell zum Ermitteln der ein oder mehreren Dynamischer-Zustand-Parameterwerte, die mit dem Wechsel vom anfänglichen Memristivzustand zum endgültigen Memristivzustand assoziiert sind.
  • Das physikalische Modell, welches die Strom/Spannungs-Charakteristiken eines memristiven Bauelements im Zusammenhang mit dem Schreibvorgang von einem anfänglichen Memristivzustand zu einem endgültigen Memristivzustand beschreibt, wird im Folgenden beschrieben. Wir stellen fest, dass der Index „1“ sich auf Eigenschaften bezieht, die mit der oberen Elektrode von der memristiven Struktur zusammenhängen und dass der Index „2“ sich auf Eigenschaften bezieht, die mit der unteren Elektrode von der memristiven Struktur zusammenhängen. Gemäß verschiedenen Aspekten kann das physikalische Modell (z.B. für das Fitten der Widerstands-Charakteristik-Kurve) nach der Initialisierung im Hochwiderstand-Zustand (HRS) gegeben sein basierend auf: V = n 1 k B T q log ( I E [ I ] + 1 ) ( 1 + K 1 k B T q log ( I E [ I ] + 1 ) ) + V 2
    Figure DE102022125339A1_0012
    mit der zwischen oberer Elektrode und unterer Elektrode angelegten Spannung V oder mit dem zwischen oberer Elektrode und unterer Elektrode eingespeisten Strom mit
    und mit I = − I s 2, B r a n c h 4 ( e − q V 2 k B T ( n 2 + K 2 V 2 ) − 1 ) + V 2 F [ I ]
    Figure DE102022125339A1_0013
    und kann nach der Initialisierung im Niedrigwiderstand-Zustand (LRS) gegeben sein basierend auf: V = − n 2 k B T q l o g ( I G [ I ] + 1 ) ( 1 + K 2 k B T q l o g ( I G [ I ] + 1 ) ) + V 1
    Figure DE102022125339A1_0014
    mit V = V1 + V2 und mit I = + I s 1, B r a n c h 2 ( e + q V 1 k B T ( n 1 − K 1 V 1 ) − 1 ) + V 1 H [ I ]
    Figure DE102022125339A1_0015
    wobei: V die angelegte Spannung sein kann, I der Strom durch die memristive Struktur als Reaktion auf das Anlegen der Lesespannung sein kann, kB die Boltzmann-Konstante sein kann, T die Temperatur der memristiven Struktur sein kann, q die Elektronenladung sein kann, und E[I], F[I], G[I], und H[I] jeweils ein entsprechender Dynamischer-Zustand-Parameter sein kann. Gemäß verschiedenen Aspekten kann das physikalische Modell (z.B. zum Fitten der Widerstands-Charakteristik-Kurve) mit E[I] = Is1[I], F[I] = Rs2[I], G[I] = Is2[I], H[I] = Rs1[I] nach der Initialisierung im Hochwiderstands-Zustand (HRS) gegeben sein basierend auf V = n 1 k B T q l o g ( I I s 1 [ I ] + 1 ) ( 1 + K 1 k B T q l o g ( I I s 1 [ I ] + 1 ) ) + V 2
    Figure DE102022125339A1_0016
    mit V = V1 + V2 und mit I = − I s 2, B r a n c h 4 ( e − q V 2 k B T ( n 2 + K 2 V 2 ) − 1 ) + V 2 R s 2 [ I ]
    Figure DE102022125339A1_0017
    und kann nach der Initialisierung im Niedrigwiderstand-Zustand (LRS) gegeben sein basierend auf: V = − n 2 k B T q l o g ( I I s 1 [ I ] + 1 ) ( 1 + K 2 k B T q l o g ( I I s 2 [ I ] + 1 ) ) + V 1
    Figure DE102022125339A1_0018
    mit V = V1 + V2 und mit I = + I s 1, B r a n c h 2 ( e − q V 1 k B T ( n 1 − K 1 V 1 ) − 1 ) + V 1 R s 1 [ I ]
    Figure DE102022125339A1_0019
    wobei: V die angelegte Schreibspannung sein kann, I der Strom durch die memristive Struktur sein kann, der auf das Anlegen der Schreibspannung folgt, kB die Boltzmann-Konstante sein kann, T die Temperatur der memristiven Struktur sein kann, q die Elektronenladung sein kann, und IS1[I], RS2[I], IS2[I] und RS1[I] jeweils ein entsprechender Dynamischer-Zustand-Parameter sein kann. IS1[I] beschreibt den Sättigungsstrom der oberen Elektrode in Vorwärtsrichtung (positive Biasspannung an die obere Elektrode angelegt). RS2[I] beschreibt den Verarmungswiderstand der unteren Elektrode in Rückwärtsrichtung (positive Biasspannung an die obere Elektrode angelegt). IS2[I] beschreibt den Sättigungsstrom der unteren Elektrode in Rückwärtsrichtung (negative Biasspannung an die obere Elektrode angelegt). RS1[I] beschreibt den Verarmungswiderstand der oberen Elektrode in Vorwärtsrichtung (negative Biasspannung an die obere Elektrode angelegt). In diesem Beispiel kann das physikalische Modell also vier Dynamischer-Zustand-Parameter aufweisen. Es versteht sich, dass sich die Dynamischer-Zustand-Parameter ändern, wenn die Strom/Spannungskurve von Zweig 1 und von Zweig 3 gemessen wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass verschiedene Aspekte für ein Lese- und/oder Schreibverfahren zum Betreiben des memristiven Bauelements beschrieben werden, wobei auf eine Lesespannung und/oder eine Schreibspannung Bezug genommen wird. Die Schreibspannung kann für einen zu schreibenden Memristivzustand repräsentativ sein, insbesondere wenn die Schreibspannung lange genug angelegt wird, z.B. für eine Sättigungszeit. In einigen Aspekten kann ein zu schreibender (oder geänderter) Memristivzustand jedoch auch auf der Grundlage einer Änderung der Ladung oder des Flusses in dem memristiven Bauelement definiert werden. Ein geschriebener Memristivzustand kann basierend auf einer Lesespannung gelesen werden, die gleich oder geringer ist als die Schreibspannung, die zum Schreiben des Memristivzustandes verwendet wird, um ein erneutes Schreiben zu vermeiden. Wird die Schreibspannung jedoch nur für kurze Zeit angelegt, z.B. für eine Zeit, die niedriger ist als die Sättigungszeit, ist die effektiv erzeugte Änderung des Flusses und/oder der Ladung geringer als eine Änderung des Flusses und/oder der Ladung, die auf der gleichen Spannung basieren könnte, wenn die Spannung für eine längere Zeit, z.B. für die Sättigungszeit, angelegt würde, siehe z.B. die 4B und 4C. Daher kann es Schreibprozeduren geben, um einen Memristivzustand basierend auf einer verstärkten Schreibspannung zu schreiben, die höher ist als die tatsächlich benötigte, um das memristive Bauelement in den Memristivzustand zu schreiben, um die Verwendung einer kürzeren Schreibzeit zu ermöglichen, so dass der Fluss und/oder die Ladungsänderung, die in dem memristiven Bauelement verursacht wird, basierend auf der verstärkten Schreibspannung und der entsprechend reduzierten Schreibzeit (niedriger als die Sättigungszeit) die gleiche ist wie der Fluss und/oder die Ladungsänderung, die basierend auf der tatsächlich benötigten niedrigeren Schreibspannung, die für die Sättigungszeit angelegt wird, angewiesen würde. Dies kann einen effizienteren Schreibvorgang ermöglichen.
  • Darüber hinaus kann das Schreibsignal zeitabhängig so gewählt werden, dass eine maximale Fluss-/Ladungsänderung basierend auf dem Schreibsignal verursacht wird (z.B. ein rechteckiger Schreibimpuls, z.B. ein Schreibimpuls mit einer positiven Krümmung in der Spannungs-/Zeit-Abhängigkeit), während ein Lesesignal zeitabhängig so gewählt werden kann, dass eine minimale Fluss-/Ladungsänderung basierend auf dem Lesesignal verursacht wird (z.B. ein (z.B. exponentiell) steigender Leseimpuls, z.B. ein Leseimpuls mit einer negativen Krümmung in der Spannungs-/Zeit-Abhängigkeit).
  • Beispiel 148 ist eine Vorrichtung aufweisend: ein memristives Bauelement welches sich in einem Memristiv-Zustand aus einer Mehrzahl von Memristivzuständen befindet; und einen Leseschaltkreis eingerichtet zum: in einer ersten Messung einen ersten Spannungsabfall über dem memristiven Bauelement oder einen ersten Strom (Iread1) durch das memristive Bauelement zu messen; in einer zweiten Messung im Anschluss an die erste Messung einen zweiten Spannungsabfall über dem memristiven Bauelement oder einen zweiten Strom (Iread2) durch das memristive Bauelement zu messen; und Ermitteln des Memristivzustandes des memristiven Bauelements basierend auf der ersten Messung und der zweiten Messung.
  • In Beispiel 149 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 148 optional aufweisen, dass in der ersten Messung, ein erster Spannungsabfall über dem memristiven Bauelement verursacht wird und wobei, in der zweiten Messung, ein zweiter Spannungsabfall über dem memristiven Bauelement verursacht wird, wobei der zweite Spannungsabfall verschieden von dem ersten Spannungsabfall ist; oder dass in der ersten Messung ein erster Lesestrom (Iread1) durch das memristive Bauelement verursacht wird und wobei, in der zweiten Messung, ein zweiter Lesestrom (Iread2) durch das memristive Bauelement verursacht wird, wobei der zweite Lesestrom (Iread2) verschieden von dem ersten Lesestrom (Iread1) ist.
  • In Beispiel 150 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 148 oder 149 optional aufweisen, dass der Leseschaltkreis eingerichtet ist zum Ermitteln des Memristivzustandes des memristiven Bauelements basierend auf: Ermitteln eines ersten erwarteten Memristivzustandes des memristiven Bauelements basierend auf der ersten Messung, Ermitteln eines zweiten erwarteten Memristivzustandes des memristiven Bauelements basierend auf der zweiten Messung, und Ermitteln des Memristivzustandes des memristiven Bauelements basierend auf dem ermittelten ersten erwarteten Memristivzustand und dem ermittelten zweiten erwarteten Memristivzustand.
  • In Beispiel 151 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 150 optional aufweisen, dass der Leseschaltkreis eingerichtet ist zum Ermitteln des Memristivzustandes des memristiven Bauelements basierend auf dem ermittelten ersten erwarteten Memristivzustand und dem ermittelten zweiten erwarteten Memristivzustand: Ermitteln, ob der erste erwartete memristive Zustand zu dem zweiten erwarteten Memristivzustand korrespondiert, und in dem Fall, dass der erste erwartete memristive Zustand zu dem zweiten erwarteten Memristivzustand korrespondiert, Ermitteln des ersten erwarteten Memristivzustandes als den Memristivzustand des memristiven Bauelements.
  • In Beispiel 152 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 148 oder 149 optional aufweisen, dass der Leseschaltkreis eingerichtet ist zum: Ausführen ein oder mehrerer weiterer Messungen nach der ersten Messung und der zweiten Messung zum Ermitteln einer Strom/Spannungs-Charakteristik des memristiven Bauelements, wobei jede weitere Messung der einen oder mehreren weiteren Messungen aufweist: Messen eines jeweiligen Spannungsabfalls über dem memristiven Bauelement oder eines jeweiligen Stromes durch das memristive Bauelement; Fitten der Strom/Spannungs-Charakteristik basierend auf einem physikalischen Modell zum Ermitteln ein oder mehrerer Statischer-Zustand-Parameterwerte, wobei das physikalische Modell auf Statischer-Zustand-Parametern basiert, für welche die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden, und bestimmen der Memristivzustand des memristiven Bauelements basierend auf den ermittelten ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten.
  • In Beispiel 153 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 152 optional aufweisen, dass der Leseschaltkreis zum Ermitteln eingerichtet ist, basierend auf dem ermittelten ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameter, ob der Memristivzustand mit einem ersten Logik-Zustand oder einem zweiten Logik-Zustand assoziiert ist.
  • Beispiel 154 ist eine Vorrichtung, die aufweist: eine Mehrzahl von memristiven Bauelementen; einen Leseschaltkreis eingerichtet zum Auslesen eines jeweiligen Logik-Zustandes von jedem memristiven Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen, wobei der Leseschaltkreis eingerichtet ist zum Auslesen eines Logik-Zustandes eines jeweiligen memristiven Bauelements der Mehrzahl von memristiven Bauelementen über mindestens zwei Messungen basierend auf Ermitteln, basierend auf den mindestens zwei Messungen, ob der Logik-Zustand des jeweiligen memristiven Bauelements mit einem ersten Logik-Zustand oder einem zweiten Logik-Zustand assoziiert ist, wobei jede Messung der mindestens zwei Messungen die Messung eines Spannungsabfalls über dem memristiven Bauelement oder eines Stroms durch das memristive Bauelement aufweist; und ein oder mehrere Prozessoren eingerichtet zum Erzeugen eines Schlüssels basierend auf den für die Mehrzahl von memristiven Bauelementen ermittelten Logik-Zuständen.
  • In Beispiel 155 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 154 optional aufweisen, dass die mindestens zwei Messungen eine erste Messung und eine zweite Messung aufweisen; und dass, in der ersten Messung, ein erster Spannungsabfall über dem jeweiligen memristiven Bauelement verursacht wird und wobei, in der zweiten Messung, ein zweiter Spannungsabfall über dem jeweiligen memristiven Bauelement verursacht wird, wobei der zweite Spannungsabfall verschieden von dem ersten Spannungsabfall ist; oder wobei, in der ersten Messung, ein erster Lesestrom durch das jeweilige memristive Bauelement verursacht wird und wobei, in der zweiten Messung, ein zweiter Lesestrom durch das jeweilige memristive Bauelement verursacht wird, wobei der zweite Lesestrom verschieden von dem ersten Lesestrom ist.
  • In Beispiel 156 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 155 optional aufweisen, dass der Leseschaltkreis zum Ermitteln eingerichtet ist, basierend auf den mindestens zwei Messungen, ob der Logik-Zustand des jeweiligen memristiven Bauelements mit dem ersten Logikzustand oder dem zweiten Logik-Zustand assoziiert ist, basierend auf: Ermitteln eines ersten erwarteten Logik-Zustandes des jeweiligen memristiven Bauelements basierend auf der ersten Messung, Ermitteln eines zweiten erwarteten Logik-Zustandes des jeweiligen memristiven Bauelements basierend auf der zweiten Messung, und in dem Fall, dass der erste Logik-Zustand zu dem zweiten Logik-Zustand korrespondiert, Ermitteln des ersten erwarteten Logik-Zustandes als den Logik-Zustand des jeweiligen memristiven Bauelements.
  • In Beispiel 157 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 156 optional aufweisen, dass der Leseschaltkreis eingerichtet ist zum: im Fall dass der erste erwartete Logik-Zustand nicht mit dem zweiten erwarteten Logik-Zustand übereinstimmt, Ausführen ein oder mehrerer weiterer Messungen zum Ermitteln einer Strom/Spannungs-Charakteristik des jeweiligen memristiven Bauelements, Fitten der Strom/Spannungs-Charakteristik basierend auf einem physikalischen Modell zum Ermitteln ein oder mehrerer Statischer-Zustand-Parameterwerte, wobei das physikalische Modell auf Statischer-Zustand-Parametern basiert, für welche die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden, und bestimmen, basierend auf den ermittelten ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten, ob das jeweilige memristive Bauelement mit dem ersten Logikzustand oder dem zweiten Logik-Zustand assoziiert ist.
  • In Beispiel 158 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 154 bis 157 optional aufweisen, dass jedes memristive Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen einen jeweiligen Memristivzustand aufweist, der in einem vordefinierten Unterbereich einer Mehrzahl von Memristivzuständen ist.
  • In Beispiel 159 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 154 bis 127 optional aufweisen, dass jedes memristive Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen denselben Memristivzustand einer Mehrzahl von Memristivzuständen aufweist.
  • Beispiel 160 ist eine Vorrichtung aufweisend: eine Mehrzahl von memristiven Bauelementen; einen Leseschaltkreis eingerichtet zum Auslesen der Mehrzahl von memristiven Bauelementen, wobei der Leseschaltkreis eingerichtet ist zum Auslesen eines jeweiligen memristiven Bauelements der Mehrzahl von memristiven Bauelementen basierend auf einem Ermitteln einer Strom/Spannungs-Charakteristik des jeweiligen memristiven Bauelements basierend auf Strom/Spannungs-Messungen; und ein oder mehrere Prozessoren eingerichtet zum: Ermitteln von jeweiligen ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten für jedes memristive Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen, wobei das Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte für ein jeweiliges memristives Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen aufweist: Fitten der Strom/Spannungs-Charakteristik, welche für das jeweilige memristive Bauelement basierend auf einem physikalischen Modell ermittelt wurde, zum Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte, wobei das physikalische Modell auf Statischer-Zustand-Parametern basiert, für welche die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden; und Erzeugen eines Schlüssels basierend auf den ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten, welche jeweils für jeden der Mehrzahl von memristiven Bauelementen ermittelt wurden.
  • In Beispiel 161 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 160 optional aufweisen, dass jedes memristive Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen einen jeweiligen Memristivzustand einer Mehrzahl von Memristivzuständen aufweist, wobei die memristiven Zustände der Mehrzahl von memristiven Bauelementen über die Mehrzahl von Memristivzuständen verteilt sind.
  • In Beispiel 162 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 154 bis 161 optional aufweisen, dass die Mehrzahl von Memristivzuständen eine Anzahl von Memristivzuständen gleich oder größer als 50 aufweist.
  • In Beispiel 163 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 154 bis 162 optional aufweisen, dass die ein oder mehreren Prozessoren eingerichtet sind zum Erzeugen eines Schlüssels basierend auf Ermitteln eines jeweiligen Logik-Zustandes für jedes memristive Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen, wobei das Ermitteln eines Logik-Zustandes für ein jeweiliges memristives Bauelement aufweist: Klassifizieren des jeweiligen memristiven Bauelements in eine Klasse von zwei oder mehr Klassen basierend auf den ein oder mehreren für das jeweilige memristive Bauelement ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten, wobei jede Klasse der zwei oder mehr Klassen bijektiv einem jeweiligen Logik-Zustand zugeordnet ist; und Erzeugen des Schlüssels basierend auf dem jeweiligen Logik-Zustand von jedem memristiven Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen.
  • In Beispiel 164 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 154 bis 163 optional aufweisen, dass ein oder mehrere Prozessoren ferner eingerichtet sind, einen kryptographischen Schlüssel basierend auf dem Schlüssel zu erzeugen.
  • In Beispiel 165 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 154 bis 164 optional aufweisen, dass die ein oder mehreren Prozessoren ferner eingerichtet sind, um basierend auf dem Schlüssel ein oder mehrere Zufallszahlen zu erzeugen.
  • In Beispiel 166 kann der Gegenstand gemäß einem der Beispiele 154 bis 165 optional aufweisen: einen Schreib-Schaltkreis eingerichtet zum Schreiben jedes memristiven Bauelements der Mehrzahl von memristiven Bauelementen in einen jeweiligen Memristivzustand einer Mehrzahl von Memristivzuständen.
  • In Beispiel 167 kann der Gegenstand gemäß Beispiel 166 optional aufweisen: einen Zufallszahlgenerator eingerichtet zum Erzeugen von ein oder mehreren Zufallszahlen; wobei der Schreib-Schaltkreis eingerichtet ist zum Auswählen des Memristivzustandes von der Mehrzahl von Memristivzuständen, in welchen ein jeweiliges memristives Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen geschrieben werden soll, basierend auf einer Zufallszahl erzeugt von dem Zufallszahlgenerator.
  • Beispiel 168 ist eine Vorrichtung, aufweisend: ein memristives Bauelement; und ein Leseschaltkreis, um das memristive Bauelement durch eine Leseoperation zu lesen, wobei die Leseoperation aufweist: Verursachen eines zeitabhängigen Lesespannungsabfalls über dem memristiven Bauelement, wobei der zeitabhängige Lesespannungsabfall eine negative Krümmung in der Spannungs-/Zeit-Abhängigkeit hat (um einen Fluss und/oder Ladungseintrag in das memristive Bauelement zu reduzieren, um eine Schreibstörung beim Lesen des memristiven Bauelements zu vermeiden); und/oder Verursachen eines zeitabhängigen Lesestroms durch das memristive Bauelement, wobei der zeitabhängige Lesestrom eine negative Krümmung in der Strom/Zeit-Abhängigkeit hat (um einen Fluss und/oder eine Ladungseinleitung in das memristive Bauelement zu reduzieren, um eine Schreibstörung beim Lesen des memristiven Bauelements zu vermeiden).
  • Obwohl die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf bestimmte Aspekte gezeigt und beschrieben wurde, sollte es dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen. Der Umfang der Erfindung ist somit durch die beigefügten Ansprüche angegeben und alle Änderungen, welche in die Bedeutung und den Bereich der Äquivalenz der Ansprüche fallen, sind daher einbezogen.

Claims (21)

  1. Ein Verfahren, aufweisend: Bringen eines memristiven Bauelements in einen Memristivzustand einer Mehrzahl von Memristivzuständen, Ermitteln ein oder mehrerer Statischer-Zustand-Parameterwerte (812) des memristiven Bauelements assoziiert mit dem Memristivzustand, wobei das Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte (812) aufweist: Ermitteln einer Strom/Spannungs-Charakteristik (806) des memristiven Bauelements, und Fitten (808) der Strom/Spannungs-Charakteristik (806) basierend auf einem physikalischen Modell zum Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte (812), wobei das physikalische Modell auf Statischer-Zustand-Parametern basiert, für welche die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden (812).
  2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Ermitteln der Strom/Spannungs-Charakteristik (806) des memristiven Bauelements aufweist: Verursachen einer Lesespannungsabfall-Sequenz über dem memristiven Bauelement und Ermitteln einer zugehörigen Lesestrom-Sequenz durch das memristive Bauelement; und/oder Verursachen einer Lesestrom-Sequenz durch das memristive Bauelement und Ermitteln einer zugehörigen Lesespannungsabfall-Sequenz über dem memristiven Bauelement.
  3. Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend: Simulieren (1002), basierend auf den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten (812), das Verhalten eines Memristiv-Schaltkreises welcher ein oder mehrere memristive Bauelemente aufweist eingerichtet gemäß dem memristiven Bauelement; und/oder Simulieren, basierend auf den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten (812), das Verhalten des memristiven Bauelements oder eines anderen memristiven Bauelements eingerichtet gemäß dem memristiven Bauelement.
  4. Das Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei Simulieren (1002) des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises und/oder des memristiven Bauelements aufweist: Variieren ein oder mehrerer Simulations-Parameter assoziiert mit einem Betrieb des Memristiv-Schaltkreises.
  5. Das Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die ein oder mehreren Simulations-Parameter mindestens einen Parameter der folgenden Liste von Parametern aufweisen: eine Temperatur des memristiven Bauelements, eine Programmierspannung zum Setzen eines Memristivzustandes, eine Lesespannung zum Lesen des Memristivzustandes des memristiven Bauelements, eine Ladungs- oder Flussänderung assoziiert mit einem Betrieb des memristiven Bauelements, und/oder einen vordefinierten Strom durch das memristive Bauelement in Antwort auf ein Anlegen einer korrespondierenden Lesespannung.
  6. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Strom/Spannungs-Charakteristik (806) des memristiven Bauelements bei einer ersten Temperatur ermittelt wird; und wobei Simulieren (1002) des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises aufweist Simulieren des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises bei einer zweiten Temperatur verschieden von der ersten Temperatur.
  7. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei jeder ermittelte Statischer-Zustand-Parameterwert (812) mit einer jeweiligen Ermittlungs-Genauigkeit assoziiert ist; und wobei die Simulation (1002) des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises unter Beachtung der jeweiligen Ermittlungs-Genauigkeit der ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerte (812) ausgeführt wird.
  8. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, ferner aufweisend: Ermitteln eines Statischer-Zustand-Parameterwertes von mindestens einem Statischer-Zustand-Parameters; Ermitteln eines Unterschieds zwischen dem ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwertes und einem vorhergesagten Statischer-Zustand-Parameterwertes (812) vorhergesagt basierend auf dem physikalischen Modell; und in dem Fall, dass der ermittelte Unterschied weniger ist als ein vordefinierten Verifikationswert, Verifizieren des ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwertes und/oder Verifizieren des vorhergesagten Statischer-Zustand-Parameterwertes.
  9. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, ferner aufweisend: Bringen des memristiven Bauelements in zwei oder mehr andere memristive Zustände von der Mehrzahl von Memristivzuständen aufeinander folgend; in jedem der zwei oder mehr anderen memristiven Zustände der Vielzahl von Memristivzuständen, Ermitteln von jeweiligen ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten (812) des memristiven Bauelements, um eine funktionale Korrelation zwischen den ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten (812) und den Memristivzuständen zu ermitteln; und wobei die Simulation (1002) des Verhaltens des Memristiv-Schaltkreises unter Verwendung der ermittelten funktionalen Korrelation durchgeführt wird.
  10. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend: Auswählen, basierend auf den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten (812), von Betriebsparametern (904) assoziiert mit einem Betrieb des memristiven Bauelements.
  11. Das Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die ausgewählten Betriebsparameter (904) mindestens ein Betriebsparameter der folgenden Liste von Betriebsparametern aufweisen: eine Lesespannung und/oder einen Lesestrom zum Lesen des Memristivzustandes des memristiven Bauelements, eine Schreibspannung und/oder einen Schreibstrom zum Schreiben des Memristivzustandes des memristiven Bauelements, eine Änderung des Flusses und/oder eine Änderung der Ladung assoziiert mit einem Schreiben des memristiven Bauelements, und/oder eine Betriebstemperatur.
  12. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei das Auswählen der Betriebsparameter (904) basierend auf den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten (812) das Anpassen mindestens eines Betriebsparameters assoziiert mit dem Betrieb des memristiven Bauelements während einer Nutzung des memristiven Bauelements aufweist.
  13. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, ferner aufweisend: Betreiben des memristiven Bauelements basierend auf initialer Betriebsparameter und, nach dem Anpassen des mindestens einen Betriebsparameters, Betreiben des memristiven Bauelements basierend auf dem angepassten mindestens ein Betriebsparameter.
  14. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner aufweisend: Ermitteln, basierend auf den ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerten (812), ob der Memristivzustand des memristiven Bauelements mit einem ersten Logik-Zustand oder einem zweiten Logik-Zustand assoziiert ist.
  15. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner aufweisend: Ermitteln, für mindestens einen Statischer-Zustand-Parameterwert der ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerte, ob der mindestens eine Statischer-Zustand-Parameterwert innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, der mit dem mindestens einen Statischer-Zustand-Parameterwert assoziiert ist; und falls der mindestens eine Statischer-Zustand-Parameterwert innerhalb des vordefinierten Bereichs liegt, der mit dem mindestens einen Statischer-Zustand-Parameterwert assoziiert ist, validieren des memristiven Bauelements, und/oder falls der mindestens eine Statischer-Zustand-Parameterwert außerhalb des vordefinierten Bereichs liegt, der mit dem mindestens einen Statischer-Zustand-Parameterwert assoziiert ist, verwerfen des memristiven Bauelements.
  16. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameter (812) mit den strukturellen und/oder elektronischen Eigenschaften des memristiven Bauelements korreliert sind.
  17. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameter (812) mindestens einen Parameter aus der folgenden Liste von Parametern aufweisen: einen Serienwiderstand des memristiven Bauelements, einen Idealitätsfaktor des memristiven Bauelements, ein Rückwärts-Sättigungsstrom des memristiven Bauelements, und/oder ein Barrierepotential des memristiven Bauelements.
  18. Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Strom/Spannungs-Charakteristik (806) gefittet ist (808) basierend auf der folgenden Formel: V = A k B T q log ( I B + 1 ) ( 1 + C k B T q log ( I B + 1 ) ) + I ⋅ D ,
    Figure DE102022125339A1_0020
    wobei V eine angelegte Spannung ist, I ein Strom durch das memristive Bauelement ist als Reaktion auf das Anlegen der Spannung V, kB die Boltzmann-Konstante ist, T die Temperatur des memristiven Bauelements ist, q die elektrische Ladung ist, und, vorzugsweise, A, B, C, und D Statischer-Zustand-Parameter sind.
  19. Das Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei: A und C eine Idealität des memristiven Bauelements darstellen; und/oder B einen Rückwärts-Sättigungsstrom, IS, repräsentiert durch das memristive Bauelement repräsentiert als Reaktion auf das Anlegen der Lesespannung; und/oder D einen Serienwiderstand, RS, des memristiven Bauelements repräsentiert.
  20. Das Verfahren gemäß Anspruch 18 oder 19, ferner aufweisend: wobei das Fitten (808) der Strom/Spannungs-Charakteristik (806) basierend auf dem physikalischen Modell aufweist: Ermitteln einer korrigierten Strom/Spannungs-Charakteristik durch Korrektur ferroelektrischer Polarisationseffekte, und Fitten der korrigierten Strom/Spannungs-Charakteristik basierend auf dem physikalischen Modell.
  21. Ein Verfahren zum Validieren einer memristiven Vorrichtung, welche eine Mehrzahl von memristiven Bauelementen aufweist, das Verfahren aufweisend: Bringen jedes memristiven Bauelements der Mehrzahl von memristiven Bauelementen in einen jeweiligen Memristivzustand durch Anlegen einer gleichen Programmierspannung oder eines gleichen Programmierstroms; für jedes memristive Bauelement der Mehrzahl von memristiven Bauelementen, Ermitteln von jeweiligen ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerten (812), wobei Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte (812) von einem jeweiligen memristiven Bauelement aufweist: Ermitteln einer Strom/Spannungs-Charakteristik (806) des jeweiligen memristiven Bauelements, und Fitten (808) der Strom/Spannungs-Charakteristik (806) basierend auf einem physikalischen Modell zum Ermitteln der ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte (812), wobei das physikalische Modell auf Statischer-Zustand-Parametern basiert, für welche die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte ermittelt werden (812); für jeden Statischer-Zustand-Parameter für welchen die ein oder mehreren Statischer-Zustand-Parameterwerte (812) ermittelt werden, Ermitteln (1202), ob die Mehrzahl der memristiven Bauelemente ein oder mehrere vordefinierte Kriterien erfüllt, wobei die Mehrzahl von memristiven Bauelementen die ein oder mehreren vordefinierten Kriterien für einen jeweiligen Statischer-Zustand-Parameter erfüllt, falls eine Variation der ermittelten Statischer-Zustand-Parameterwerte (812) assoziiert mit einem jeweiligen Statischer-Zustand-Parameter zwischen der Vielzahl der memristiven Bauelemente gleich oder kleiner als eine vordefinierte Schwellvariation ist.
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Title
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