Investigation of novel memristor-memtransistor devices for potential neuromorphic computing applications via alternative synthesis routes
Alternatif sentez yöntemleriyle potansiyel nöromorfik hesaplama uygulamaları için yeni nesil memristör memtransistör cihazlarının araştırılması
- Tez No: 962213
- Danışmanlar: PROF. DR. FERİDUN AY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Eskişehir Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektromanyetik Alanlar ve Mikrodalga Tekn. Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 104
Özet
Yapay zekâ (AI) uygulamalarının yükselişiyle birlikte daha hızlı ve verimli veri işleme ihtiyacı giderek artarken, geleneksel Von Neumann mimarileri, bellek ve işlem birimlerinin ayrılığı nedeniyle temel sınırlamalarla karşı karşıya kalmaktadır. Memristörler ve memtransistörler, bellek ve hesaplama işlevlerini birleştiren mimarileri mümkün kılmaları ve biyolojik sinapsların temel özelliklerini taklit edebilmeleri sayesinde, nöromorfik hesaplama için umut verici bir alternatif sunmaktadır. Bu bağlamda, geçiş metali dikalkojenitleri (TMD'ler) gibi iki boyutlu (2D) malzemeler, atomik incelikleri, elektrostatik olarak ayarlanabilir yapıları ve kusur mühendisliği açısından sundukları esneklik sayesinde, düşük güç tüketimli, yüksek yoğunluklu ve ölçeklenebilir memristif aygıtların gerçekleştirilmesinde öne çıkmaktadır. Ancak, iyon göçü, faz geçişleri ve filaman oluşumu gibi kusur kaynaklı mekanizmalar nedeniyle kararlı ve tekrarlanabilir anahtarlama davranışının elde edilmesi hâlen önemli bir zorluk teşkil etmektedir. Bu tezde, söz konusu zorlukların üstesinden gelmek amacıyla alternatif üretim yöntemlerine dayalı iki deneysel strateji araştırılmıştır. İlk olarak, kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemiyle monolayer MoS₂ tabanlı memtransistör üretilmiş ve kanal uzunluğunun sinaptik davranış ve elektriksel performans üzerindeki etkisi sistematik olarak incelenmiştir. Elde edilen bulgular, aygıt geometrisinin nöromorfik işlevsellik üzerindeki belirleyici rolünü ortaya koymuştur. İkinci olarak, plazma destekli atomik katman biriktirme (PEALD) yöntemi kullanılarak titanyum tabanlı memristörler için yeni bir üretim yöntemi geliştirilmiştir. Tam MXene oluşumu hâlen araştırma aşamasında olmakla birlikte, ortaya çıkan kristal TiC fazı, dikey bir memristör yapısına başarıyla entegre edilmiş ve direnç değişimi ile kısa süreli sinaptik plastisite sergilemiştir. Bu sonuçlar birlikte ele alındığında, 2D malzeme tabanlı memristif sistemlerin nöromorfik hesaplama için taşıdığı potansiyeli gözler önüne sermekte ve ayarlanabilir, CMOS uyumlu üretim yaklaşımlarına dair önemli içgörüler sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
As the need for faster and more efficient data processing grows particularly with the rise of artificial intelligence (AI) applications conventional Von Neumann architectures face fundamental limitations due to the separation of memory and processing units. Memristors and memtransistors offer a promising alternative by enabling unified memory-computation architectures and emulating key features of biological synapses, making them strong candidates for neuromorphic computing. In this context, two-dimensional (2D) materials, such as transition metal dichalcogenides (TMDs), stand out for their atomic thickness, electrostatic tunability, and defect engineering flexibility, all of which are critical for implementing low-power, high density, and scalable memristive devices. However, challenges remain in achieving stable and reproducible switching behavior, largely due to defect-driven mechanisms such as ion migration, phase transitions, and filamentary conduction. This thesis explores two experimental strategies to address these challenges using alternative fabrication methods. First, memtransistor structures based on monolayer MoS₂ were fabricated via chemical vapor deposition (CVD), and the effect of channel length on synaptic behavior and electrical performance was systematically investigated. The findings highlight how device geometry influences neuromorphic functionalities. Second, a novel fabrication route was developed for titanium-based memristors using plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD). While full MXene formation is still under study, the resulting crystalline TiC phase was successfully integrated into a vertical memristor structure, exhibiting reliable resistive switching and short-term synaptic plasticity. Together, these results demonstrate the potential of 2D-material-based memristive systems for neuromorphic computing and provide insight into tunable, scalable, and CMOS-compatible fabrication routes.
Benzer Tezler
- Real time optical observation of the synthesis of novel 2D materials and investigation of their fundamental properties
Yeni 2D malzemelerin sentezinin gerçek zamanlı optik gözlemi ve temel özelliklerinin incelenmesi
HAMID REZA RASOULI
Doktora
İngilizce
2021
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TALİP SERKAN KASIRGA
- Gençlikte başlayan erişkin tip diyabet (MODY) ile ilişkilendirilmiş genlerde mutasyon saptanmayan hastalar ve ailelerinde tüm ekzom dizileme yöntemiyle yeni genetik değişikliklerin araştırılması
Investigation of novel genetic variations by whole exome sequencing in patients without mutations in genes associated with maturi̇ty-onset diabetes of the young (MODY) and their families
BETÜL KESRİKLİOĞLU
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2024
Endokrinoloji ve Metabolizma Hastalıklarıİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaTıbbi Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÖZEN
- Investigation of novel topological indices and their applications in organic chemistry
Yeni topolojik indekslerin araştırılması ve organik kimyadaki uygulamaları
SELÇUK GÜMÜŞ
- Investigation of novel pharmacological chaperones against gaucher disease
Gaucher hastalığına yönelik yeni farmakolojik şaperonların bulunması
BÜGE YILMAZER
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
BiyomühendislikBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞEFİKA KUTLU ÜLGEN
DOÇ. DR. ELİF ÖZKIRIMLI ÖLMEZ
- Investigation of novel recessive causative genes and gene/allele frequency for CMT disease in Turkey
Çekinik CMT hastalığı için yeni genlerin araştırılması ve Türkiye'de CMT yapıcı gen/alel sıklığı incelemesi
AYŞE CANDAYAN
Doktora
İngilizce
2021
GenetikBoğaziçi ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA BATTALOĞLU