Molecular-FET based neuromorphic circuits

Il concetto di "Ingegneria Neuromorfica" è stato coniato da Carver Mead alla fine del secolo scorso. L'idea era impiegare sistemi VLSI basati su dispositivi MOSFET al fine di emulare fisicamente le dinamiche ed i principi di calcolo della mente. Con l'avanzamento tecnologico, questo concetto è stato esteso ad altri tipi di materiali e dispositivi, come i memristori, le reti di nano-fili, materiali 2D, dispositivi spintronici e materiali organici. L'approccio neuromorfico potrebbe portare a sistemi a basso consumo basati sul principio dell' "in-memory computing", un grande vantaggio se confrontato con le correnti limitazioni tecnologiche in termini di dispositivi e architetture. Questo lavoro propone il possibile impiego della "Tecnologia molecolare" per l'implementazione di sistemi neuromorfici. Tale paradigma Beyond-CMOS si basa sull'idea di poter realizzare un dispositivo elettronico con una singola molecola, la quale permette agli elettroni di fluire in essa sotto specifiche condizioni e modalità, dettate dalla struttura chimica della molecola stessa. Un transistore che presenta un canale risultante in una singola molecola è chiamato "MolFET". Nel primo capitolo, sono presentati alcuni risultati importanti riguardo la teoria del trasporto elettronico nella tecnologia molecolare. Successivamente, un'introduzione alla fisica alla base di alcuni meccanismi elementari del cervello verranno discussi. Lo scopo dei capitoli successivi è quello di proporre una possibile realizzazione di tali meccanismi usando una molecola con struttura risonante, che presenta dunque una carica altamente delocalizzata nei suoi stati energetici. Le relative caratteristiche I-V presentano una NDR, la quale avrà un ruolo chiave nella progettazione del sistema. Inoltre, sotto certe condizioni, un comportamento isteretico può essere osservato e sfruttato. In particolare, nel secondo capitolo, sono presentati alcuni stadi elettronici basati su questo dispositivo. Gli stadi sono stati scelti rispetto ad un loro possibile impiego nei sistemi neuromorfici. Le loro proprietà riguardano risposte non lineari, presenza di stati stabili discreti disponibili al sistema, nonché transizioni monostabili-bistabili. Nell'ultimo capitolo, tutti i risultati saranno usati al fine di proporre una possibile realizzazione per neuroni e sinapsi basati su dispositivi MolFET.