WO2010142762A1 - Dispositif ferroélectrique à résistance ajustable - Google Patents

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Manuel Bibes
Agnès BARTHELEMY
Julie Grollier
Jean-Claude Mage
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Thales SA
Universite Paris Sud
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Thales SA
Universite Paris Sud
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Definitions

  • the present invention relates to an adjustable resistance device, commonly called memristor. It applies for example in the field of neuromimetic circuits of the type on-chip neural networks and more generally to computer architectures.
  • a memristor is a nanometric resistor of configurable value in a continuous range by the electrical charge that has previously passed through it.
  • neural circuits its main application is to simulate on chip the plasticity of synapses.
  • a memristor of this type forms a structure having an insulating layer inserted between ordinary metal layers. In applying a current to the structure, oxygen vacancies are created, which will migrate under the effect of the voltage and induce a change of resistance. The operation of these memhstors is therefore based on the electromigration effect of the ions.
  • Patent application EP0657936 discloses two-state diodes (on and off) based on tunneling junctions whose barrier is made of ferroelectric material having two stable and identifiable polarization states. The diode is made to be reproducibly switched between its two states by modifying the polarization of the barrier by applying, at the terminals of the junction, a voltage such that the electric field created within the ferroelectric material is greater, in absolute value, to the coercive electric field.
  • the coercive electric field is the minimum absolute value of the electric field to be applied within the ferroelectric material to change the polarization of the ferroelectric material.
  • the diode has memorized the state of polarization imposed by the previously applied electric field.
  • EP0657936 it is specified that it is possible to make a diode having more than two polarization states but based on a tunnel junction comprising a plurality of layers of ferroelectric materials having different coercive fields.
  • the object of the invention is to provide a memhstor, that is to say a device whose resistance value can be continuously adjusted in a wide and continuous range by exploiting the variation of the polarization of a ferroelectric material.
  • the subject of the invention is an adjustable resistance device whose resistance can take more than two values, said device comprising a stack of two conductive electrodes separated by an insulating layer, the stack of electrodes separated by the insulating layer. forming a tunneling junction and said insulating layer being made of a ferroelectric material whose polarization as a function of the electric field created in the material is defined by a plurality of hysteresis cycles nested within each other and contiguous with each other , the resistance of the device dependent on the polarization of the ferroelectric material.
  • the device according to the invention may furthermore have one or more of the following characteristics taken together or separately: it comprises means for varying the polarization of the ferroelectric material by applying a write voltage between the two electrodes so that the resistance of the device when a reading voltage is then applied between the two electrodes by means of reading is adjustable in a continuous range of values, the write voltage is applied to a device in an initial state in which the voltage between the electrodes is equal to an initial voltage and in which the device has an initial resistance, the value of the resistance of the device to the reading voltage depending on the previously applied write voltage as well as the initial state, the direction of variation of the value of the resistance of the device to the reading voltage is equal to the direction of variation of the write voltage or the sign of the write voltage when the control voltage does not vary, the voltage of the The reading is at least twice as absolute in relation to the previously applied write voltage, the absolute value of the write voltage is between 1 V and 10 V, the absolute value of the read voltage is between 0.001 V and 2V, the thickness of the insulating layer is between 1 and
  • the ferroelectric material is of the conventional type, that is to say a ferroelectric material whose polarization as a function of the electric field created within the ferroelectric material is defined by a single hysteresis cycle when it has a thickness greater than 10 nm, the ferroelectric material is a BaTiO3 alloy or a PbZr- ⁇ - x Ti ⁇ O3 alloy or a BiFeO3 alloy optionally substituted with 3+ ions (La, Nd, Sm, etc.) or 2+ (Pb, Ca, Sr, etc.) in Bi site, the electrodes are made either from conductive materials or from semiconductor materials,
  • the electrodes have a thickness of between 5 nm and 100 nm, the electrodes are made from the same material, the electrodes are made from different materials,
  • the write voltage is applied for a time between 10 -9 seconds and 10 -3 seconds
  • the reading voltage is applied for a time between 10 -9 seconds and 10 -6 seconds
  • the means for varying the polarization are also the reading means
  • the polarization of the ferroelectric material has a zero value at the level of the coercive electric fields and that the slope of the hysteresis cycles at the level of the coercive electric fields is less than or equal to 10 "5 CVm " 1
  • the applied write and read voltages are in ranges of values that do not overlap.
  • the invention also relates to an excitatory synapse between two neurons of a neural network of a neuromimetic circuit, said synapse comprising a device according to the invention, the writing voltage decreasing so as to decrease the value of the resistance. said device at a given reading voltage.
  • the subject of the invention is also an inhibitory synapse between two neurons of a neural network of a neuromimetic circuit, said synapse comprising a device according to the invention, the writing voltage increasing so as to increase the value of the resistance. said device at a given reading voltage.
  • the invention further relates to a hybrid synapse between two neurons of a neural network of a neuromimetic circuit, said synapse comprising a device according to the invention, the write voltage undergoing increases and decreases.
  • a memristor according to the invention because it is based on the tunnel effect, is devoid of the problems of a device based on the electromigration effect in which atoms migrate and structurally modify the insulating layer and the electrodes.
  • a memristor according to the invention provides a resistor whose value can be adjusted quickly, over wide ranges of values, accurately. It is also more robust than a device of the prior art exploiting the effect of electromigration. As a result, it provides reproducible results over time.
  • FIG. 1 by a diagram, an illustration of an example of an adjustable resistance device according to FIG. 'invention
  • FIG. 2 by a diagram, a hysteresis cycle representing the behavior of the polarization of a conventional ferroelectric material as a function of the electric field applied within the material
  • FIG. 3a by a diagram, the behavior of the polarization.
  • a ferroelectric barrier of the relaxor type as a function of the value of the electric field imposed in the barrier
  • FIG. 3b in a diagram, the behavior of the resistance of the junction as a function of the value of the electric field
  • FIG. 4a diagrammatically shows a device 1 with adjustable resistance according to the invention. It comprises a junction 2 with tunnel effect itself comprising a stack, in a z-axis, of two lower 3 and upper 4 conductive electrodes separated by a tunneling barrier 5 made of a ferroelectric material.
  • the thickness EB of the barrier 5, in the z-axis, is chosen so that if a voltage is applied across the tunnel junction greater than a predetermined threshold equal to 0.01 V and lower than the threshold voltage of electromigration of the ferroelectric material (typically less than or equal to 5V), electrons pass, tunneling, from one electrode to another through the tunnel barrier.
  • voltage across the junction is meant a voltage applied between the two conductive electrodes.
  • the insulating layer is said to be a thin layer of ferroelectric material.
  • tunnel junctions based on conventional ferroelectric materials are able to switch between only two different states of resistance corresponding to two opposite polarization states P + and P- because they are materials whose behavior of the polarization as a function of the applied electric field follows a square hysteresis cycle of the type shown in FIG.
  • square hysteresis cycle is meant a cycle whose slope is very important (little different from 90 °) at the level of positive coercive electric fields Ec + and negative Ec- of opposite values and whose slope is substantially zero at electric fields different.
  • the polarization of the material follows the cycle in a single direction indicated by the arrows on the cycle shown in FIG. 2.
  • the polarization of the material takes the positive bias value P + (respectively negative P-). This polarization state is retained by suppressing the voltage command.
  • FIG. 3a diagrammatically shows the behavior of the polarization P of a ferroelectric barrier of the relaxor type as a function of the value E of the electric field imposed in the barrier.
  • FIG. 3b shows the behavior of the resistance of the junction 5 as a function of the E value of the electric field (for simplicity, the voltage dependence of the resistance specific to the tunnel junction is not taken into account).
  • FIGS. 3a and 3b and in the following figures for the sake of clarity only three nested cycles have been shown in each other, but the material has a plurality of cycles contiguous with each other. The direction of movement on these cycles is also indicated by arrows.
  • contiguous cycles is meant that the cycles touch each other so as to obtain a continuous range of polarization values for a given electric field.
  • Relaxing type ferroelectric materials exhibit a plurality of hysteresis cycles. These cycles are nested within each other. They form a continuous set of hysteresis cycles, that is, a continuum of cycles. In other words, two adjacent cycles are contiguous. We can easily go from one cycle to another.
  • a ferroelectric material having a multiplicity of hysteresis cycles, representing the behavior of the polarization P of the material ferroelectric as a function of the electric field applied within the junction, nested in each other have, as shown in Figure 3b, a multiplicity of interlocking hysteresis cycles into each other and representing the behavior of the resistance R of the junction as a function of the electric field E created within the tunnel barrier. These cycles are followed in the same direction (represented by arrows) as the polarization hysteresis cycles.
  • the tunnel barrier 5 is made of a ferroelectric material which has a plurality of interlocking hysteresis cycles. More precisely, the barrier 5 forms a layer of ferroelectric material of the relaxor type with a thickness EB of between 1 and 10 nm and preferably between 1 and 5 nm or of conventional ferroelectric material in a thin layer whose thickness is between 1 and 10 nm and preferably between 1 and 5 nm.
  • ferroelectric materials of the relaxer type for example the alloy PbMg 1Z3 Nb 2Z sO 3 called PMN, the alloy (PbMg 1Z3 Nb 2Z3 Os) 1-X - (PbTiO 3 ) X called PMN-PT, the alloy PbZn 1/3 Nb 2/3 O 3 called PZN, the alloy (PbZn 1Z3 Nb 2 Z 3 Os) 1-X - (PbTiO 3 ) X called PZN-PT, the alloy PbSc 05 Nb 05 O 3 called PSN, the alloy (PbSc 0 5 Nb 05 O 3 ) 1-x - (PbSc 05 Ta 05 O 3 ) x called PSNT or the alloy Ba 1 -x Sr x TiO 3 , with x greater than or equal to 0 or well the BaTi 1-x Zr x O 3 alloy called BZT, BaTi 1-x Sn x O 3 , where
  • ferroelectric materials of the conventional type such as, for example, BaTiO 3 , PbZr 1-x Ti x O 3, called PZT, where x is greater than or equal to O or BiFeO 3, optionally substituted with ions. 3+ (La, Nd, Sm, etc.) or 2+ (Pb, Ca, Sr, etc.) in Bi site
  • the accuracy of the variation of the polarization (and therefore the resistance of the junction) as a function of the voltage applied across the junction (proportional to the electric field E within the ferroelectric material) is increased by compared to materials with square cycles for which a small variation of the electric field induces a large variation of the polarization.
  • the adjustable resistance device comprises means 7 for varying the polarization P of the ferroelectric material.
  • These means 7 generate a write voltage VE at the terminals of the tunneling junction so that the resistance of the device is adjustable in a continuous range of values.
  • the device is a continuously adjustable resistance device, namely a memristor.
  • Means 7 generate a write voltage VE across the tunnel junction so that the resistance of the device is continuously adjustable in a continuous range of values. This is done based on the fact that the insulating layer is made of a ferroelectric material whose polarization as a function of the electric field created within the ferroelectric material is defined by a plurality of hysteresis cycles nested within each other and contiguous to each other.
  • the resistance of the device indeed has the same characteristic as the polarization.
  • the absolute value of the write voltage VE is greater than or equal to 1 V and preferably between 1 and 10 volts depending on the constitution of the device.
  • FIG. 4a shows (in bold) a cycle for writing and reading the resistance of the device according to the invention from an initial state, by representing the resistance R (in ohms) of the device in FIG. depending on the voltage V (in volts) applied across the junction.
  • the material is initially in an initial state in which it has an initial resistance RO (here corresponding to zero polarization) for an initial voltage Vin applied across the junction.
  • the initial tension is zero.
  • the control means for varying the polarization of the material impose a positive write voltage VE1 across the junction.
  • a control voltage is applied for a time, i.e. a time, which is preferably between 10 -9 and 10 -3 seconds.
  • the time during which the control voltage is applied can indeed have an influence on the value of the ferroelectric polarization and, consequently, on the state of final resistance.
  • the resistance of the material varies by following a hysteresis cycle from the initial state to the state whose write voltage is VE1. It takes a first write value RE1. This value is imposed by the hysteresis cycle. More particularly, the value of the write resistance depends for a given material on the initial state and the write voltage. VE1 applied.
  • the device further comprises means 8 for reading the resistance of the junction which are here means for generating a reading voltage VL across the tunnel junction.
  • the read voltage is the voltage at which the resistance state, called the read resistance, of the device or the voltage at which this device is used as a resistor of a value equal to the read resistance is read.
  • a reading voltage VL which is low but non-zero is imposed.
  • the first reading resistor VL1 is then substantially equal to the remanent resistance of the device.
  • the reading resistance is equal to the remanent resistance of the device.
  • the first reading resistor is obtained by following the hysteresis cycle which passes through the first write state and which leads to the read voltage. It is said that the junction retains the memory of the write state because the read resistance depends on this state. In other words, the resistance of the junction to the read voltage depends on the initial state and the write voltage applied to this state. It does not depend solely on the previously applied write voltage.
  • the reading voltage is large enough for the tunnel effect to occur.
  • the reading resistance can thus be read by measuring the current flowing through the tunnel junction at the reading voltage.
  • the reading voltage VL is lower in absolute value than the write voltage VE.
  • the read voltage VL is preferably at least two times lower than the previous write voltage VE.
  • the reading voltage is low enough so that its application across the junction does not change the polarization state of the material ferroelectric.
  • a reading voltage is chosen whose absolute value is preferably between 0.001 V and 2 V depending on the constitution of the device. For a given device (materials constituting the barrier and the given electrodes and their respective given thicknesses), advantageously, the write and read voltage ranges do not overlap (they are disjoint).
  • read times are chosen, that is to say read times, preferably between 1 ns and 1 ⁇ s.
  • read times are chosen, that is to say read times, preferably between 1 ns and 1 ⁇ s.
  • the resistance of the device is not changed during its operation.
  • a non-destructive resistive reading at the larger read voltage is also obtained when a read voltage is applied over times, i.e., low read times, so that the reading of the resistor or the use of the device does not induce a polarization variation of the barrier 5.
  • FIGS taken together 4a, 4b and 4c illustrate by diagrams the successive steps of writing and reading (in bold) related to the use of the device according to the invention as an inhibitory synapse of a neuromimetic circuit comprising a network of neurons by representation of the resistance R of the device as a function of the voltage V applied across the junction.
  • the reading voltage is little different from 0 V, it is for example equal to 0.01 V.
  • An inhibitory synapse is more insulating than it is often solicited.
  • successive write voltages VE1, VE2, VE3 are applied with values of increasing importance chosen so as to increase the value of the reading resistance from a minimum value of a continuous range of value.
  • the successive write voltages are chosen so as to continuously increase the reading resistance at a given reading voltage.
  • a second positive write voltage VE2 greater than VE1 the resistance of the ferroelectric material evolves to a second write resistor RE2.
  • the second reading resistor RL2 of the device at the read voltage VL is greater than the first read resistance RL1.
  • a third positive write voltage VE3 greater than the previously applied write voltage VE2 the resistance of the junction evolves to a third write resistance RE3.
  • the third reading resistor RL3 of the device at the reading voltage VL is greater than the second reading resistor RL2.
  • the read resistance of the ferroelectric material is changed to a reading voltage given from the initial resistance RO over a continuous interval from the initial resistance. This is also valid when negative voltage is applied. Indeed, the value of the reading resistance of the device according to the invention varies in the same direction as the value of the write voltage or in the same direction as sign of the write voltage when the control voltage varies. not (if the same positive write voltage is applied several times, the resistance increases.)
  • the subject of the invention is also an excitatory synapse arranged between two neurons of a neuron network of a neuromimetic circuit of which an example of successive read and write commands is represented in FIGS. 5a, 5b and 5c by representation of the resistance.
  • R of the device as a function of the voltage V applied across the junction.
  • successive write voltages VE1, VE2, VE3 negative values increasingly low so as to reduce the values associated resistors RL1, RL2, RL3 at the reading voltage VL (little different from OV) from a maximum value little different from the initial resistance RO.
  • the successive write voltages are chosen so as to decrease continuously the reading resistance at a given reading voltage.
  • the subject of the invention is also a hybrid synapse arranged between two neurons of a neural network of a neuromimetic circuit, an exemplary control of which is represented in FIGS. 6a, 6b, 6c by representation of the resistance R of the device in function. the voltage V applied across the junction.
  • VE1, VE2, VE3, VE4 of selected values are applied so that the read resistance follows a predetermined evolution.
  • the reading resistance increases from RL1 to RL2 then decreases to RL3 and increases to RL4 less than RL2.
  • VE1 and VE2 are positive and VE2 is greater than VE1.
  • VE3 is negative and, for example, of absolute value less than the absolute value of VE2.
  • VE4 is positive and of absolute value less than the absolute value of VE2.
  • the conductive electrodes 3 and 4 are made from conductive or semiconductor materials. This is eg conductive oxides such as alloys SrRuO 3, La 2Z SSR 1Z3 MnO 3, La Sr 0 5 0 5 CoO 3, IrO 2, RuO 2. It can also act as semiconductors such as doped ZnO alloys, doped SnO 2, doped In 2 O 3 , ITO. It may also be metals such as Pt or Au.
  • the electrodes 3, 4 preferably have a thickness EE of between 5 nm and 100 nm. So that the range of values on which the resistance is able to vary has a maximum size, the two electrodes are made of two different materials, especially in terms of carrier densities.
  • the size of the junction is either defined by the shape of the upper electrode 4, when the section thereof in the plane perpendicular to the axis of the junction z is smaller than that of the section of the layer insulating. In the opposite case, when the assembly formed by the upper electrode and the insulating layer is etched as a pillar on the lower electrode, the size of the junction is equal to the section of the pillar.
  • the section of the junction is for example rectangular or more geometry complex. The size of the junction can reach sections smaller than 50x50 nm 2 .

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Abstract

Dispositif (1) à résistance ajustable dont la résistance peut prendre plus de deux valeurs, ledit dispositif comportant un empilement de deux électrodes conductrices (3, 4) séparées par une couche isolante (5) caractérisé en ce que l'empilement des électrodes (3, 4) séparées par la couche isolante (5) forme une jonction à effet tunnel (2) et en ce que ladite couche isolante est réalisée dans un matériau ferroélectrique dont la polarisation en fonction du champ électrique créé dans le matériau est définie par une pluralité de cycles d'hystérésis imbriqués les uns dans les autres et contigus les uns aux autres, la résistance du dispositif dépendant de la polarisation du matériau ferroélectrique.

Description

DISPOSITIF FERROÉLECTRIQUE À RÉSISTANCE AJUSTABLE
La présente invention concerne un dispositif à résistance ajustable, couramment appelé memristor. Elle s'applique par exemple dans le domaine des circuits neuromimétiques du type réseaux neuronaux sur puce et plus généralement aux architectures de calculateurs.
Ces 50 dernières années, l'informatique purement numérique de type Von Neumann a fait des progrès considérables. Cependant, même les ordinateurs les plus puissants dotés des algorithmes les plus évolués ne parviennent pas à réaliser rapidement des traitements en apparence simples, tels que l'interprétation d'images, pourtant réalisés en une fraction de seconde par le cerveau humain. Ce dernier en effet fonctionne de manière massivement parallèle et analogique, contrairement aux ordinateurs actuels. Les circuits neuromimétiques analogiques réalisés sur puce, qui tentent de reproduire le fonctionnement du cerveau humain, peuvent permettre d'aller au-delà des architectures conventionnelles. Les architectures à réseaux de neurones fonctionnent à partir de méthodes d'apprentissage : un circuit est entraîné à réagir de la façon désirée à une entrée donnée. Ceci est obtenu en ajustant les valeurs des composants du circuit de manière à converger vers la sortie souhaitée pour une entrée donnée. Une implémentation sur puce requiert donc l'utilisation de composants nanométriques, analogiques, reconfigurables et rapides.
Jusqu'en 2008, les circuits neuromimétiques sur puces étaient entièrement réalisés avec des transistors. Notamment, plusieurs transistors étaient utilisés pour reproduire la plasticité d'une seule synapse connectant deux neurones.
Mais en 2008, il est proposé de réaliser des circuits neuronaux en utilisant un transistor par neurone et un « memristor » par synapse connectant deux neurones (D. B. Strukov et al., Nature 453, 80 (2008) et JJ. Yang et al., Nature Nano. 3, 429 (2008)). Un memristor est une résistance nanométrique de valeur configurable dans une plage continue par la charge électrique qui l'a précédemment traversée. Dans le cas présent des circuits neuronaux, son application principale est de simuler sur puce la plasticité des synapses. Un memristor de ce type forme une structure comportant une couche isolante insérée entre des couches métalliques ordinaires. En appliquant un courant à la structure, des lacunes d'oxygène se créent, qui vont migrer sous l'effet de la tension et induire un changement de résistance. Le fonctionnement de ces memhstors repose donc sur l'effet d'électromigration des ions.
Malheureusement, cet effet d'électromigration des ions peut conduire à de forts échauffements et donc à une fragilité potentielle du dispositif. Mais surtout, cet effet d'électromigration des ions implique une vitesse de fonctionnement faible puisque liée à la mobilité des ions: la résistance des memhstors de l'art antérieur varie lentement.
C'est pourquoi la demanderesse s'est orientée vers une technologie radicalement différente à savoir, une jonction à effet tunnel comprenant deux électrodes conductrices séparées par une barrière à effet tunnel réalisée en matériau ferroélectrique. De la demande de brevet EP0657936 on connaît des diodes à deux états (passant et non passant) basées sur des jonctions à effet tunnel dont la barrière est réalisée en matériau ferroélectrique présentant deux états de polarisation stables et identifiables. On fait commuter la diode de manière reproductible entre ses deux états en modifiant la polarisation de la barrière par application, aux bornes de la jonction, d'une tension telle que le champ électrique créé au sein du matériau ferroélectrique est supérieur, en valeur absolue, au champ électrique coercitif. Le champ électrique coercitif est la valeur absolue minimum du champ électrique qu'il faut appliquer au sein du matériau ferroélectrique pour changer la polarisation du matériau ferroélectrique. Lorsqu'on supprime le champ électrique au sein du matériau ou lorsqu'on lui applique un champ électrique de valeur absolue inférieure à celle du champ électrique coercitif, la polarisation obtenue précédemment est conservé. La diode a mémorisé l'état de polarisation imposé par le champ électrique précédemment appliqué. Dans la demande de brevet EP0657936 il est précisé qu'il est possible de réaliser une diode présentant plus de deux états de polarisation mais en se basant sur une jonction à effet tunnel comprenant une pluralité de couches de matériaux ferroélectriques présentant des champs coercitifs différents. Dans l'article "Tunneling across a ferroelectric" Science (2006) (Tsymbal et al.), il est proposé de réaliser une mémoire non volatile à deux états en se basant sur une jonction à effet tunnel présentant une barrière réalisée dans un matériau ferroélectrique. Il est en outre démontré que la résistance du matériau ferroélectrique dépend très fortement de la polarisation de celui-ci. En appliquant aux bornes de la jonction, une tension telle que le champ électrique au sein du matériau ferroélectrique est supérieur en valeur absolue au champ électrique coercitif, on modifie l'état de polarisation et donc la résistance du matériau ferroélectrique. Il est possible de déterminer l'état de polarisation (ou la résistance du matériau) de façon non destructive en appliquant aux bornes de la jonction une tension telle que le champ électrique créé au sein du matériau est inférieur (en valeur absolue) au champ électrique coercitif.
Malheureusement, ces dispositifs ne permettent pas de faire varier continûment la résistance car la barrière tunnel ne présente que deux états de polarisation vers lesquels elle tend irrémédiablement. Il ne s'agit donc pas de memhstor.
L'invention a pour but de fournir un memhstor, c'est-à-dire un dispositif dont la valeur de la résistance peut être ajustée continuement dans une plage large et continue en exploitant la variation de la polarisation d'un matériau ferroélectrique.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif à résistance ajustable dont la résistance peut prendre plus de deux valeurs, ledit dispositif comportant un empilement de deux électrodes conductrices séparées par une couche isolante, l'empilement des électrodes séparées par la couche isolante formant une jonction à effet tunnel et ladite couche isolante étant réalisée dans un matériau ferroélectrique dont la polarisation en fonction du champ électrique créé dans le matériau est définie par une pluralité de cycles d'hystérésis imbriqués les uns dans les autres et contigus les uns aux autres, la résistance du dispositif dépendant de la polarisation du matériau ferroélectrique.
Le dispositif selon l'invention peut présenter en outre, une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises ensemble ou séparément : il comporte des moyens pour faire varier la polarisation du matériau ferroélectrique par application d'une tension d'écriture entre les deux électrodes de telle sorte que la résistance du dispositif lorsqu'une tension de lecture est ensuite appliquée entre les deux électrodes par des moyens de lecture est ajustable dans une plage continue de valeurs, la tension d'écriture est appliquée à un dispositif se trouvant dans un état initial dans lequel la tension entre les électrodes est égale à une tension initiale et dans lequel le dispositif présente une résistance initiale, la valeur de la résistance du dispositif à la tension de lecture dépendant de la tension d'écriture précédemment appliquée ainsi que de l'état initial, le sens de variation de la valeur de la résistance du dispositif à la tension de lecture est égal au sens de variation de la tension d'écriture ou au signe de la tension d'écriture lorsque la tension de commande ne varie pas, la tension de lecture est au moins deux fois inférieure en valeur absolue à la tension d'écriture précédemment appliquée, la valeur absolue de la tension d'écriture est comprise entre 1 V et 10V, la valeur absolue de la tension de lecture est comprise entre 0,001 V et 2V, - l'épaisseur de la couche isolante est comprise entre 1 et 10 nm, l'épaisseur de la couche isolante est comprise entre 1 et 5 nm, le matériau ferroélectrique est du type relaxeur, le matériau ferroélectrique est le PbMg1Z3Nb2ZsO3 ou un alliage
(PbMg-ιz3Nb2z3θ3)-ι-χ-(PbTiO3)χ ou un alliage PbZn1/3Nb2z3θ3 ou un alliage (PbZn1Z3Nb2Z3O3)I -X-(PbTiO3)X ou un alliage PbSc0 5Nb0 5O3 ou un alliage
(PbSCO SNbO SOs)1-X-(PbScO sTaO sO3)X ou Ba1-XSrxTiO3 avec x supérieur ou égal à O ou bien un alliage BaTi1-XZrxO3 ou BaTi -ι-χSnxO3 avec x supérieur à O. le matériau ferroélectrique est du type classique c'est-à-dire un matériau ferroélectrique dont la polarisation en fonction du champ électrique créé au sein du matériau ferroélectrique est définie par un unique cycle d'hystérésis lorsqu'il présente une épaisseur supérieure à 10nm, le matériau ferroélectrique est un alliage BaTiO3 ou un alliage PbZr-ι-xTiχO3 ou un alliage BiFeO3 éventuellement substitué en ions 3+ (La, Nd, Sm, etc) ou 2+ (Pb, Ca, Sr, etc) en site Bi, les électrodes sont réalisées soit à partir de matériaux conducteurs soit à partir de matériaux semi-conducteurs,
- les électrodes présentent une épaisseur comprise entre 5 nm et 100 nm, - les électrodes sont réalisées à partir du même matériau, les électrodes sont réalisées à partir de matériaux différents,
- la tension d'écriture est appliquée pendant un temps compris entre 10"9 secondes et 10"3 secondes, la tension de lecture est appliquée pendant un temps compris entre 10"9 secondes et 10"6 secondes, les moyens pour faire varier la polarisation sont aussi les moyens de lecture, la polarisation du matériau ferroélectrique présente une valeur nulle au niveau des champs électriques coercitifs et en ce que la pente des cycles d'hystérésis au niveau des champs électriques coercitifs est inférieure ou égale à 10"5 C.V.m"1 , pour un matériau ferroélectrique donné, un (ou des) matériaux ferroélectriques constituant les électrodes donnés ainsi que leurs épaisseurs respectives données, les tensions d'écriture et de lecture appliquées se trouvent dans des plages de valeurs qui ne se chevauchent pas.
L'invention a également pour objet une synapse excitatrice entre deux neurones d'un réseau de neurones d'un circuit neuromimétique, ladite synapse comprenant un dispositif selon l'invention, la tension d'écriture diminuant de sorte à diminuer la valeur de la résistance dudit dispositif à une tension de lecture donnée.
L'invention a également pour objet une synapse inhibitrice entre deux neurones d'un réseau de neurones d'un circuit neuromimétique, ladite synapse comprenant un dispositif selon l'invention, la tension d'écriture augmentant de sorte à augmenter la valeur de la résistance dudit dispositif à une tension de lecture donnée.
L'invention a en outre pour objet une synapse hybride entre deux neurones d'un réseau de neurones d'un circuit neuromimétique, ladite synapse comprenant un dispositif selon l'invention, la tension d'écriture subissant des augmentations et des diminutions. Un memristor selon l'invention, du fait qu'il se base sur l'effet tunnel, est dépourvu des problèmes d'un dispositif se basant sur l'effet d'électromigration dans lequel des atomes migrent et modifient structurellement la couche isolante et les électrodes. Un memristor selon l'invention fournit une résistance dont la valeur peut être ajustée rapidement, sur de larges plages de valeurs, de façon précise. Il est par ailleurs plus robuste qu'un dispositif de l'art antérieur exploitant l'effet d'électromigration. De ce fait, il fournit des résultats reproductibles sur la durée.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : la figure 1 , par un schéma, une illustration d'un exemple de dispositif à résistance ajustable selon l'invention; - la figure 2, par un schéma, un cycle d'hystérésis représentant le comportement de la polarisation d'un matériau ferroélectrique classique en fonction du champ électrique appliqué au sein de matériau, la figure 3a, par un schéma, le comportement de la polarisation d'une barrière ferroélectrique du type relaxeur en fonction de la valeur du champ électrique imposé dans la barrière, la figure 3b, par un schéma, le comportement de la résistance de la jonction en fonction de la valeur du champ électrique, la figure 4a, par un schéma, un exemple de cycle d'écriture et de lecture de la résistance du dispositif selon l'invention à partir d'un état initial; les figures 4b et 4c, par des schémas, les étapes suivant l'étape représentées sur la figure 4a, lorsque le dispositif selon l'invention est utilisé en tant que synapse inhibitrice dans un réseau de neurones, les figures 5a, 5b, 5c, par un schéma, un exemple de cycles d'écriture et lecture successifs pour un dispositif selon l'invention utilisé en tant que synapse excitatrice, les figures 6a, 6b, 6c, par un schéma, un exemple de cycles d'écriture et lecture successifs pour un dispositif selon l'invention utilisé en tant que synapse hybride. Sur la figure 1 , on a représenté schématiquement un dispositif 1 à résistance ajustable selon l'invention. Il comprend une jonction 2 à effet tunnel comprenant elle-même un empilement, dans un axe z, de deux électrodes conductrices inférieure 3, et supérieure 4 séparées par une barrière à effet tunnel 5 réalisée dans un matériau ferroélectrique.
L'épaisseur EB de la barrière 5, dans l'axe z, est choisie de sorte que si on applique aux bornes de la jonction tunnel une tension supérieure à un seuil prédéterminé égal à 0,01 V et inférieure à la tension seuil d'électromigration du matériau ferroélectrique (typiquement inférieure ou égale à 5V), des électrons passent, par effet tunnel, d'une électrode à l'autre au travers de la barrière tunnel. Par tension aux bornes de la jonction, on entend une tension appliquée entre les deux électrodes conductrices. Pour obtenir l'effet tunnel, il faut typiquement que l'épaisseur EB de la barrière tunnel n'excède pas 10 nm. On dit que la couche isolante est une couche mince de matériau ferroélectrique. Comme précisé précédemment, il a été démontré que le courant tunnel qui circule dans une jonction tunnel dépend de la polarisation électrique (exprimée en C / m2 du matériau ferroélectrique.) Par conséquent, la résistance d'une jonction tunnel dépend de l'état de polarisation du matériau ferroélectrique. Les jonctions tunnel basées sur des matériaux ferroélectriques classiques sont aptes à commuter entre uniquement deux états de résistance différents correspondant à deux états de polarisation opposés P+ et P- car ce sont des matériaux dont le comportement de la polarisation en fonction du champ électrique appliqué suit un cycle d'hystérésis carré du type de celui qui est représenté sur la figure 2.
Par cycle d'hystérésis carré, on entend un cycle dont la pente est très importante (peu différente de 90°) au niveau des champs électriques coercitifs positif Ec+ et négatif Ec- de valeurs opposées et dont la pente est sensiblement nulle à des champs électriques différents. La polarisation du matériau suit le cycle dans un sens unique indiqué par les flèches sur le cycle représenté sur la figure 2. Lorsqu'on applique aux bornes de la jonction tunnel une tension d'écriture telle que le champ électrique présent au sein du matériau ferroélectrique est supérieur au champ électrique coercitif positif Ec+ (respectivement inférieur à Ec-), la polarisation du matériau prend la valeur de polarisation positive P+ (respectivement négative P-). Cet état de polarisation est conservé en supprimant la commande en tension.
Sur la figure 3a, on a représenté schématiquement le comportement de la polarisation P d'une barrière ferroélectrique du type relaxeur en fonction de la valeur E du champ électrique imposé dans la barrière. Sur la figure 3b, on a représenté le comportement de la résistance de la jonction 5 en fonction de la valeur E du champ électrique (pour simplifier on ne prend pas en compte la dépendance en tension de la résistance propre à la jonction tunnel). Sur les figures 3a et 3b et sur les figures suivantes, pour plus de clarté on n'a représenté que trois cycles imbriqués les uns dans les autres mais le matériau présente une pluralité de cycles contigus les uns aux autres. Le sens de déplacement sur ces cycles est également indiqué par des flèches.
Par cycles contigus, on entend que les cycles se touchent de façon à obtenir une plage continue de valeurs de la polarisation pour un champ électrique donné.
Les matériaux ferroélectriques de type relaxeurs présentent une pluralité de cycles d'hystérésis. Ces cycles sont imbriqués les uns dans les autres. Ils forment un ensemble continu de cycles d'hystérésis, c'est-à-dire un continuum de cycles. Autrement dit, deux cycles adjacents sont contigus. On peut aisément passer d'un cycle à l'autre.
La demanderesse a par ailleurs démontré expérimentalement que certains matériaux ferroélectriques classiques qui présentent, en grande épaisseur, un unique cycle d'hystérésis carré, présentent, en couche ultramince (épaisseur inférieure ou égale à 10 nm), une pluralité de cycles d'hystérésis imbriqués les uns dans les autres et contigus les uns aux autres. Du fait que les cycles sont contigus, on peut passer de l'un à l'autre. Cette propriété est vue comme un défaut dans les applications classiques du type mémoire binaire dans lesquelles on cherche à avoir deux états stables de polarisation dépendant de la tension précédemment appliquée.
On peut montrer que la résistance d'une jonction à effet tunnel qui est très fortement dépendante de la polarisation du matériau ferroélectrique varie de la même manière que la polarisation. Plus précisément, un matériau ferroélectrique présentant une multiplicité de cycles d'hystérésis, représentant le comportement de la Polarisation P du matériau ferroélectrique en fonction du champ électrique appliqué au sein de la jonction, imbriqués les uns dans les autres présentent, comme visible sur la figure 3b, une multiplicité de cycles d'hystérésis imbriqués les uns dans les autres et représentant le comportement de la résistance R de la jonction en fonction du champ électrique E créé au sein de la barrière tunnel. Ces cycles sont suivis dans le même sens (représenté par des flèches) que les cycles d'hystérésis de polarisation. Les cycles d'hystérésis représentant le comportement de la résistance en fonction du champ électriques sont en outre contigus les uns aux autres. Dans le dispositif selon l'invention, la barrière tunnel 5 est réalisée dans un matériau ferroélectrique qui présente une pluralité de cycles d'hystérésis imbriqués les uns dans les autres. Plus précisément, la barrière 5 forme une couche de matériau ferroélectrique du type relaxeur d'épaisseur EB comprise, entre 1 et 10 nm et de préférence, entre 1 et 5 nm ou de matériau ferroélectrique classique en couche mince dont l'épaisseur est comprise entre 1 et 10 nm et de préférence comprise entre 1 et 5 nm.
On peut choisir des matériaux ferroélectriques du type relaxeurs comme par exemple l'alliage PbMg1Z3Nb2ZsO3 appelé PMN, l'alliage (PbMg1Z3Nb2Z3Os)1-X-(PbTiO3)X appelé PMN-PT, l'alliage PbZn1/3Nb2/3O3 appelé PZN, l'alliage (PbZn1Z3Nb2Z3Os)1-X-(PbTiO3)X appelé PZN-PT, l'alliage PbSc05Nb05O3 appelé PSN, l'alliage (PbSc0 5Nb05O3)1-x-(PbSc05Ta05O3)x appelé PSNT ou l'alliage Ba1-xSrxTiO3, avec x supérieur ou égal à O ou bien l'alliage BaTi1-xZrxO3 appelé BZT , BaTi1-xSnxO3, où x est supérieur à O.
Parmi les matériaux de type classique on peut par exemple choisir des matériaux ferroélectriques du type classique comme, par exemple, BaTiO3, PbZr1-xTixO3 appelé PZT où x est supérieur ou égal à O ou BiFeO3 éventuellement substitué en ions 3+ (La, Nd, Sm, etc) ou 2+ (Pb, Ca, Sr, etc) en site Bi
Les matériaux ferroélectriques choisis présentent de préférence des cycles inclinés, c'est-à-dire des cycles dont les pentes α=dP/dE au niveau des champs électriques coercitifs (champs auxquels la polarisation est nulle) sont faibles, à savoir inférieures à 10"5 C.V.m"1. La précision de la variation de la polarisation (et donc de la résistance de la jonction) en fonction de la tension appliquées aux bornes de la jonction (proportionnelle au champ électrique E au sein du matériau ferroélectrique) est accrue par rapport aux matériaux présentant des cycles carrés pour lesquels une faible variation du champ électrique induit une grande variation de la polarisation.
Avantageusement, le dispositif à résistance ajustable selon l'invention comprend des moyens 7 pour faire varier la polarisation P du matériau ferroélectrique. Ces moyens 7 génèrent une tension d'écriture VE aux bornes de la jonction à effet tunnel de telle sorte que la résistance du dispositif est ajustable dans une plage continue de valeurs. Plus précisément, le dispositif est un dispositif à résistance ajustable continûment, à savoir un memristor. Les moyens 7 génèrent une tension d'écriture VE aux bornes de la jonction à effet tunnel de telle sorte que la résistance du dispositif est ajustable continûment dans une plage continue de valeurs. Cela est réalisé en se basant sur le fait que la couche isolante est réalisée dans un matériau ferroélectrique dont la polarisation en fonction du champ électrique créé au sein du matériau ferroélectrique est définie par une pluralité de cycles d'hystérésis imbriqués les uns dans les autres et contigus les uns aux autres. La résistance du dispositif présente en effet la même caractéristique que la polarisation.
De préférence, la valeur absolue de la tension d'écriture VE est supérieure ou égale à 1 V et de préférence comprise entre 1 et 10 Volts en fonction de la constitution du dispositif. Sur la figure 4a, on a représenté (en gras) un cycle d'écriture et de lecture de la résistance du dispositif selon l'invention à partir d'un état initial, par représentation de la résistance R (en ohms) du dispositif en fonction de la tension V (en volts) appliquée aux bornes de la jonction. Le matériau est initialement dans un état initial dans lequel il a une résistance initiale RO (correspondant ici à une polarisation nulle) pour une tension initiale Vin appliquée aux bornes de la jonction. Ici la tension initiale est nulle. Les moyens de commande pour faire varier la polarisation du matériau imposent une tension d'écriture VE1 positive aux bornes de la jonction.
On applique une tension de commande pendant un temps, c'est- à-dire une durée, qui est de préférence compris entre 10"9 et 10"3 secondes. Le temps durant lequel la tension de commande est appliquée peut en effet avoir une influence sur la valeur de la polarisation ferroélectrique et, en conséquence, sur l'état de résistance final. La résistance du matériau varie en suivant un cycle d'hystérésis allant de l'état initial vers l'état dont la tension d'écriture est VE1. Elle prend une première valeur d'écriture RE1. Cette valeur est imposée par le cycle d'hystérésis. Plus particulièrement, la valeur de la résistance d'écriture dépend pour un matériau donné de l'état initial et de la tension d'écriture. VE1 appliquée.
Le dispositif comprend en outre des moyens de lecture 8 de la résistance de la jonction qui sont ici des moyens de génération d'une tension de lecture VL aux bornes de la jonction tunnel. En variante, les moyens pour faire varier la polarisation et les moyens de lecture sont les mêmes. La tension de lecture est la tension à laquelle on lit l'état de résistance, appelée résistance de lecture, du dispositif ou bien la tension à laquelle ce dispositif est utilisé en tant que résistance d'une valeur égale à la résistance de lecture. Dans l'exemple représenté sur la figure 4a, on impose une tension de lecture VL qui est faible mais non nulle. La première résistance de lecture VL1 est alors sensiblement égale à la résistance rémanente du dispositif. Dans la suite de la description et des figures, pour plus de clarté et étant donné que la tension de lecture est proche de OV dans les exemples considérés, on considérera que la résistance de lecture est égale à la résistance rémanente du dispositif.
La première résistance de lecture est obtenue en suivant le cycle d'hystérésis qui passe par le premier état d'écriture et qui mène à la tension de lecture. On dit que la jonction garde la mémoire de l'état d'écriture car la résistance de lecture dépend de cet état. Autrement dit, la résistance de la jonction à la tension de lecture dépend de l'état initial et de la tension d'écriture appliquée sur cet état. Elle ne dépend pas uniquement de la tension d'écriture précédemment appliquée.
La tension de lecture est suffisamment importante pour que l'effet tunnel se produise. On peut ainsi lire la résistance de lecture en mesurant le courant traversant la jonction tunnel à la tension de lecture. Avantageusement, la tension de lecture VL est inférieure en valeur absolue à la tension d'écriture VE. La tension de lecture VL est de préférence au moins deux fois plus faible que la tension d'écriture VE précédente. De préférence, la tension de lecture est suffisamment faible pour que son application aux bornes de la jonction ne modifie pas l'état de polarisation du matériau ferroélectrique. On choisit une tension de lecture dont la valeur absolue est de préférence comprise entre 0,001 V et 2V en fonction de la constitution du dispositif. Pour un dispositif donné (matériaux constituant la barrière et les électrodes donnés ainsi que leurs épaisseurs respectives données), avantageusement, les plages de tension d'écriture et de lecture ne se chevauchent pas (elles sont disjointes). De cette manière l'application de la tension d'écriture fait varier la polarisation alors que l'application d'une tension de lecture plus faible ne fait pas varier la polarisation. Avantageusement, on choisit des temps de lecture, c'est-à-dire des durées de lecture, de préférence compris entre 1 ns et 1 μs. On a ainsi une lecture résistive non destructive. La résistance du dispositif n'est pas modifiée lors de son fonctionnement. On obtient également une lecture résistive non destructive à la tension de lecture plus importante lorsqu'on applique une tension de lecture sur des temps, c'est-à-dire durées, de lecture faibles de sorte que la lecture de la résistance ou l'utilisation du dispositif n'induise pas une variation de polarisation de la barrière 5.
Les figures prises ensembles 4a, 4b et 4c illustrent par des schémas les étapes successives d'écriture et de lecture (en gras) liées à l'utilisation du dispositif selon l'invention en tant que synapse inhibitrice d'un circuit neuromimétique comprenant un réseau de neurones par représentation de la résistance R du dispositif en fonction de la tension V appliquée aux bornes de la jonction. Dans les trois étapes successives, la tension de lecture est peu différente de 0 V, elle est par exemple égale à 0,01 V. Un synapse inhibitrice est d'autant plus isolante qu'elle est souvent sollicitée. Ainsi, dans les synapses inhibitrices, à partir d'un état initial, on applique des tensions d'écritures VE1 , VE2, VE3 successives de valeurs de plus en plus importantes choisies de sorte à augmenter la valeur de la résistance de lecture à partir d'une valeur minimale d'une plage continue de valeur. Avantageusement, les tensions successives d'écriture sont choisies de sorte à faire augmenter continûment la résistance de lecture à une tension de lecture donnée.
Après la tension d'écriture VE1 , on applique, comme représenté sur la figure 4b, une deuxième tension d'écriture positive VE2 supérieure à VE1 , la résistance du matériau ferroélectrique évolue jusqu'à une deuxième résistance d'écriture RE2. La deuxième résistance de lecture RL2 du dispositif à la tension de lecture VL est supérieure à la première résistance de lecture RL1. En appliquant ensuite une troisième tension d'écriture positive VE3 supérieure à la tension d'écriture précédemment appliquée VE2, la résistance de la jonction évolue jusqu'à une troisième résistance d'écriture RE3. La troisième résistance de lecture RL3 du dispositif à la tension de lecture VL est supérieure à la deuxième résistance de lecture RL2.
On fait évoluer la résistance de lecture du matériau ferroélectrique à une tension de lecture donnée à partir de la résistance initiale RO sur un intervalle continu depuis la résistance initiale. Ceci est également valable quand on applique des tension négatives. En effet, la valeur de la résistance de lecture du dispositif selon l'invention varie dans le même sens que la valeur de la tension d'écriture ou dans le même sens que signe de la tension d'écriture lorsque la tension de commande ne varie pas (si on applique plusieurs fois une même tension d'écriture positive, la résistance augmente.)
L'invention a également pour objet une synapse excitatrice disposée entre deux neurones d'un réseau de neurone d'un circuit neuromimétique dont un exemple de commandes de lecture et écriture successives est représenté sur les figures 5a, 5b et 5c par représentation de la résistance R du dispositif en fonction de la tension V appliquée aux bornes de la jonction. Dans de telles synapses, à partir d'un état initial (de résistance initiale RO nulle à tension nulle), on applique des tensions d'écriture successives VE1 , VE2, VE3 négatives de valeurs de plus en plus faibles de sorte à diminuer les valeurs de résistances associées RL1 , RL2, RL3 à la tension de lecture VL (peu différente de OV) à partir d'une valeur maximale peu différente de la résistance initiale RO. Avantageusement, les tensions successives d'écriture sont choisies de sorte à faire diminuer continûment la résistance de lecture à une tension de lecture donnée.
L'invention a également pour objet une synapse hybride disposée entre deux neurones d'un réseau de neurones d'un circuit neuromimétique dont un exemple de commande est représenté sur les figures 6a, 6b, 6c par représentation de la résistance R du dispositif en fonction de la tension V appliquée aux bornes de la jonction. Dans de telles synapses, à partir d'un état initial, on applique des tensions d'écriture successives VE1 , VE2, VE3, VE4 de valeurs choisies de sorte que la résistance de lecture suive une évolution prédéterminée. Dans l'exemple des figures 6a à 6c, la résistance de lecture augmente de RL1 à RL2 puis diminue jusqu'à RL3 et augmente jusqu'à RL4 inférieure à RL2. A cet effet VE1 et VE2 sont positives et VE2 est supérieure à VE1 . VE3 est négative et, par exemple, de valeur absolue inférieure à la valeur absolue de VE2. VE4 est positive et de valeur absolue inférieure à la valeur absolue de VE2.
Par ailleurs, les courants de lecture, même faibles, varient dans une large plage de valeurs à une tension de lecture donnée. Un memhstor selon l'invention est donc intéressant car sa résistance est ajustable sur une large plage de valeurs. En effet, la demanderesse a démontré expérimentalement que dans une jonction tunnel intégrant comme barrière une couche ultramince d'un ferroélectrique, on peut obtenir une pluralité de valeurs de résistance tunnel variant, à tension de lecture donnée, sur une large plage telle que la résistance maximale est typiquement de 100 à 1000 fois plus élevée que la résistance minimale.
Dans le dispositif à résistance variable selon l'invention, les électrodes conductrices 3 et 4 sont réalisées à partir de matériaux conducteurs ou semi-conducteurs. Il s'agit par exemple d'oxydes conducteurs comme par exemple les alliages SrRuO3, La2ZsSr1Z3MnO3, La0 5Sr0 5CoO3, IrO2, RuO2. Il peut également d'agir de semi-conducteurs comme par exemple les alliages ZnO dopé, SnO2 dopé, In2O3 dopé, ITO. Il peut en outre s'agir de métaux comme par exemple Pt ou Au. Les électrodes 3, 4 présentent de préférence une épaisseur EE comprise entre 5 nm et 100 nm. Pour que la plage de valeurs sur laquelle la résistance est capable de varier présente une taille maximale, les deux électrodes sont réalisées dans deux matériaux différents, notamment en termes de densités de porteurs.
La taille de la jonction est soit définie par la forme de l'électrode supérieure 4, lorsque la section de celle-ci dans le plan perpendiculaire à l'axe de la jonction z est de plus petite taille que celle de la section de la couche isolante. Dans le cas contraire, lorsque l'ensemble formé par l'électrode supérieure et la couche isolante est gravé sous forme de pilier sur l'électrode inférieure, la taille de la jonction est égale à la section du pilier. La section de la jonction est par exemple rectangulaire ou de géométrie plus complexe. La taille de la jonction peut atteindre des sections inférieures à 50x50 nm2.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (1 ) à résistance ajustable dont la résistance peut prendre plus de deux valeurs, ledit dispositif comportant un empilement de deux électrodes conductrices (3, 4) séparées par une couche isolante (5), caractérisé en ce que l'empilement des électrodes (3, 4) séparées par la couche isolante (5) forme une jonction à effet tunnel (2), et en ce que ladite couche isolante (5) est réalisée dans un matériau ferroélectrique dont la polarisation en fonction du champ électrique créé au sein du matériau ferroélectrique est définie par une pluralité de cycles d'hystérésis imbriqués les uns dans les autres et contigus les uns aux autres, ledit dispositif comportant des moyens (7) pour faire varier la polarisation du matériau ferroélectrique par application d'une tension d'écriture (VE) entre les deux électrodes (3,4) de telle sorte que la résistance (RL) du dispositif, lorsqu'une tension de lecture (VL) est ensuite appliquée entre les deux électrodes (3,4) par des moyens de lecture (8), est ajustable continûment dans une plage continue de valeurs.
2. Dispositif (1 ) à résistance ajustable selon la revendication précédente, dans lequel les moyens (7) pour faire varier la polarisation du matériau ferroélectrique appliquent une succession de tensions d'écriture (VE) de plus en plus importantes ou une pluralité de fois la même tension d'écriture (VE) positive pour faire augmenter la résistance du dispositif (RL) à la tension de lecture (VL).
3. Dispositif (1 ) à résistance ajustable selon la revendication 1 , dans lequel les moyens (7) pour faire varier la polarisation du matériau ferroélectrique appliquent une succession de tensions d'écriture (VE) de moins en moins importantes ou une pluralité de fois la même tension d'écriture (VE) négative pour faire diminuer la résistance du dispositif (RL) à la tension de lecture (VL).
4. Dispositif (1 ) à résistance ajustable selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la tension de lecture (VL) est au moins deux fois inférieure en valeur absolue à la tension d'écriture (VE) précédemment appliquée.
5. Dispositif (1 ) à résistance ajustable selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'épaisseur de la couche isolante est comprise entre 1 et 10 nm et de préférence comprise entre 1 et 5 mm.
6. Dispositif (1 ) à résistance ajustable selon la revendication 5, dans lequel le matériau ferroélectrique est du type relaxeur.
7. Dispositif (1 ) à résistance ajustable selon la revendication précédente, dans lequel le matériau ferroélectrique est le PbMg1Z3Nb2ZsO3 ou un alliage PbMg1/3Nb2Z3θ3)i-χ-(PbTiO3)x ou un alliage PbZn1/3Nb2/3O3 ou un alliage (PbZn1/3Nb2/3O3)i-χ-(PbTiO3)χ ou un alliage PbSc05Nb0 5O3 ou un alliage (PbSCO 5NbO sOs)1-X-(PbSCo5TaO 5O3)X, BaTi1-xZrxO3 ou un alliage Ba1-xSrχTiO3, BaTi-ι-χSnxO3
8. Dispositif (1 ) à résistance ajustable selon la revendication 5, dans lequel le matériau ferroélectrique est du type classique c'est-à-dire un matériau ferroélectrique dont la polarisation en fonction du champ électrique créé au sein du matériau ferroélectrique est définie par un unique cycle d'hystérésis lorsqu'il présente une épaisseur supérieure à 10 nm.
9. Dispositif (1 ) à résistance ajustable selon la revendication 8, dans lequel le matériau ferroélectrique est un alliage BaTiO3 ou un alliage
PbZr-ι-xTiχO3 ou un alliage BiFeO3 éventuellement substitué en ions 3+ (La, Nd, Sm, etc) ou 2+ (Pb, Ca, Sr, etc) en site Bi
10. Dispositif (1 ) à résistance ajustable selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les électrodes conductrices (3,4) sont réalisées soit à partir de matériaux conducteurs soit à partir de matériaux semi-conducteurs.
11. Dispositif (1 ) à résistance ajustable selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel pour un matériau ferroélectrique donné, un (ou des) matériau(x) ferroélectrique(s) constituant les électrodes donnés ainsi que leurs épaisseurs respectives données, les plages de valeur dans lesquelles se trouvent les tensions d'écriture et de lecture appliquées ne se chevauchent pas.
12. Dispositif (1 ) à résistance ajustable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (7) pour faire varier la polarisation sont aussi les moyens de lecture (8).
13. Synapse excitatrice entre deux neurones d'un réseau de neurones d'un circuit neuromimétique, ladite synapse comprenant un dispositif (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la tension d'écriture diminue de sorte à diminuer la valeur de la résistance dudit dispositif à une tension de lecture donnée.
14. Synapse inhibitrice entre deux neurones d'un réseau de neurones d'un circuit neuromimétique, ladite synapse comprenant un dispositif (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle la tension d'écriture augmente de sorte à augmenter la valeur de la résistance dudit dispositif à une tension de lecture donnée.
15. Synapse hybride entre deux neurones d'un réseau de neurones d'un circuit neuromimétique, ladite synapse comprenant un dispositif (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle la tension d'écriture subit des augmentations et des diminutions.
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