近年，鋰納米離子晶體管有希望用于神經(jīng)形態(tài)硬件系統(tǒng)的人工突觸器件。然而，模擬的基本突觸功能，包括具有近似線性模擬權(quán)重更新的非易失性電導(dǎo)調(diào)制，已成為這些突觸裝置的一個(gè)重要里程碑，會(huì)直接影響模式識(shí)別的準(zhǔn)確性。由于固體電解質(zhì)界面的不穩(wěn)定性和電解質(zhì)-通道界面處的鋰離子成核，導(dǎo)致?lián)]發(fā)性通道電導(dǎo)發(fā)生變化，這是導(dǎo)致鋰納米離子晶體管非線性開關(guān)的兩個(gè)關(guān)鍵現(xiàn)象。因此，將石墨烯作為原子薄離子隧穿層，用于建立鋰納米離子晶體管的非揮發(fā)性模擬多級(jí)導(dǎo)電。可控離子隧穿石墨烯與穩(wěn)定固體電解質(zhì)界面的共同作用，導(dǎo)致該器件表現(xiàn)出近乎線性的電導(dǎo)切換，具有不同的柵極可控的非易失性多級(jí)傳導(dǎo)狀態(tài)，最小不對(duì)稱比為0.26，最高開/關(guān)比為28。石墨烯層裝置的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬結(jié)果表明，手寫數(shù)字的識(shí)別精度較高。這些結(jié)果證明了原子薄的二維(2D)材料在納米離子突觸晶體管中作為離子隧穿層的潛在應(yīng)用，并可促進(jìn)高性能神經(jīng)形態(tài)計(jì)算系統(tǒng)的開發(fā)。
Figure 1. A,B)三端突觸電晶體測(cè)量裝置示意圖。C,D) NG-LIST和G-LIST器件在柵極偏置的傳輸曲線。E,F)在串聯(lián)柵極電壓脈沖期間NG-LIST和G-LIST器件中的源極-漏極電導(dǎo)率變化。
Figure 2. 用于NG-LIST和G-LIST設(shè)備的離子模擬開關(guān)機(jī)制及其操作。
Figure 3. 基于石墨烯緩沖層的鋰離子突觸晶體管(G-LIST)的制造步驟。
Figure 4. NG-LIST和G-LIST器件的光學(xué)模式識(shí)別精度。
相關(guān)研究成果與2019年由浦項(xiàng)科技大學(xué)Hyunsang Hwang課題組，發(fā)表在Adv. Electron. Mater. ( DOI: 10.1002/aelm.201901100)上。原文：Controlled Ionic Tunneling in Lithium Nanoionic Synaptic Transistor through Atomically Thin Graphene Layer for Neuromorphic Computing
