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DFG project G:(GEPRIS)441918103
Hybride „MEMristor-CMOS Mikroelektroden-Array“ Biosensorik-Plattform (MEMMEA)
| Coordinator | Professorin Dr.-Ing. Catherine Dubourdieu ; Dr. Peter Jones ; Dr.-Ing. Stephan Menzel ; Professor Dr.-Ing. Roland Thewes |
| Grant period | 2020 - 2025 |
| Funding body | Deutsche Forschungsgemeinschaft |
| DFG | |
| Identifier | G:(GEPRIS)441918103 |
⇧ SPP 2262: Memristive Bauelemente für intelligente technische Systeme ⇧
Note: Die Aufzeichnung neuronaler Aktivitäten ermöglicht die Funktionalität des Gehirns zu verstehen. Chip-basierte neuronale Sonden wie CMOS-basierte Mikro-Elektroden-Arrays (MEA) haben in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht und bieten eine Plattform zur gleichzeitigen Aufzeichnung neuronaler elektrischer Signale in vitro von mehreren Zellen. Dies hat die Messung der neuronalen Aktivität in Echtzeit enorm vorangetrieben. Um implantierbare Hirnstimulations-Chips zu ermöglichen, wird jedoch eine Low-Power-Schaltungsarchitektur benötigt, die neuronale Signalverarbeitung und elektrische Stimulation auf dem Chip durchführen kann. Aktuelle CMOS-basierte neuronale Sonden haben eine zu hohen Energieverbrauch, um eine vollständig implantierbare autonome Neuroprothetik zu erreichen. Daher ist Forschung erforderlich, welche energieeffiziente Bauelemente und neuartige Low-Power-Circuit-Design-Techniken zusammenbringt, um ein energieeffizientes System zu entwickeln.Memristive Systeme mit ihren einzigartigen Eigenschaften, wie graduelle Widerstandsänderung, Pulssummierung und Schwellenwertverhalten können kompakte Schaltungen für die neuronale Datenverarbeitung ermöglichen. Daher schlagen wir vor, eine integrierte Plattform bestehend aus der Ko-Integration von memristiven Komponenten und CMOS-MEAs zu erforschen und zu entwickeln. In dem geplanten Projekt werden neuartige Memristor-CMOS-Hybridschaltungen entwickelt, um eine On-Chip-Signalverarbeitung zu ermöglich. Die Entwicklung dieser neuen Schaltungstechniken wird Türen für breitere Biosensorik-Anwendungen öffnen.Um ein so ehrgeiziges Projekt durchzuführen, wird die Expertise aus den Bereichen Bauelementherstellung und elektrische Charakterisierung, physikalische Kompaktmodellierung, CMOS-Schaltungsdesign und in vitro Charakterisierung. Das Konsortium besteht aus Forschern des HZB, der TUB, des FZJ und des NMI und nutzt die Expertise dieser vier Partnern, die international anerkannte Akteure in ihrem jeweiligen Bereich sind. Um die neuronale Sondenplattform zu demonstrieren, werden folgende Ziele verfolgt: Ziel 1: Entwicklung intelligenter Neurosensoren durch Herstellung von memristiven Bauelemente auf CMOS-Mikro-Elektroden-Array (MEA) Neuronen-Aktivitätsmesschips.Ziel 2: Entwicklung eines Kompaktmodells für die hergestellten Baulemente, das für das Schaltungsdesign verwendet werden kann. Ziel 3: Optimierung der memristiven Schaltungsarchitektur für die energieeffiziente und zuverlässigen Verarbeitung biologischer neuronaler Signale Ziel 4: Charakterisierung der memristiven Baulemente auf dem hergestellten Chips mit geringen Pulsbreiten, um ein erweitertes Verständnis der Bauelementphysik zu bekommen.Die ultimative Vision des Antrags ist die Entwicklung einer energieeffizienten Biosensor-Plattform, die auf memristiven Bauelement-CMOS-Hybridschaltungen basiert.
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Conference Presentation (Invited)
Physical Modeling of Memristive Devices
Neuronics, TsukubaTsukuba, Japan, 17 Jun 2025 - 20 Jun 2025
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Conference Presentation (Invited)
Filamentary Valence Change Memories: The Role of Joule Heating
IEEE CASS Seasonal School on “Intelligence in Chips: Memristive Sensing & Bioinspired Computing Systems, virtualvirtual, virtual, 16 Oct 2024 - 19 Oct 2024
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Conference Presentation (Invited)
Switching Dynamics and Variability of ReRAM Devices
3rd MemrisTec Summer School, GroningenGroningen, Netherlands, 22 Sep 2024 - 29 Sep 2024
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Poster (Other)
Variability-Aware Compact Modelling and Model Parameter Study of Electrochemical Metallization Memory Cells
International Conference on Neuromorphic Computing and Engineering, AachenAachen, Germany, 3 Jun 2024 - 6 Jun 2024
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Talk (non-conference) (Invited)
Device and Circuit Perspective on Memristive Devices
Memristor Stammtisch, onlineonline, online, 27 Mar 2024
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Journal Article
Variability-aware modeling of electrochemical metallization memory cells
Neuromorphic computing and engineering 4(3), 034007 - (2024) [10.1088/2634-4386/ad57e7]
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Variability-Aware Modeling of Electrochemical Metallization Memory Cells
Memrisys, TorinoTorino, Italy, 6 Nov 2023 - 10 Nov 2023
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Conference Presentation (Invited)
Exploiting the Switching Variability of Memristive Devices for Computation-in-Memory Applications
MemrisTec Summer School, DresdenDresden, Germany, 14 Aug 2023 - 19 Aug 2023
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Contribution to a conference proceedings/Contribution to a book
Analysis of VMM Operations on 1S1R Crossbar Arrays and the Influence of Wire Resistances
2022 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS) : [Proceedings] - IEEE, 2022. - ISBN 978-1-6654-8485-5 - doi:10.1109/ISCAS48785.2022.9937570
2022 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), AustinAustin, TX, 27 May 2022 - 1 Jun 2022
IEEE 1 pp. (2022) [10.1109/ISCAS48785.2022.9937570]
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