同济大学Adv. Funct. Mater.:基于晶体管的人工突触器件最新研究进展

Figure 2. 薄膜Au浮栅突触晶体管

（a）基于半导体CNT的随机矩阵的柔性突触晶体管的示意图和显微镜图像

（b）case1：VLTP和VLTD 的幅度大于其他情况 (case 2 和 case 3)；因此，NL是最高的, ΔG是最大的

（c）case 2: VLTP和VLTD的幅度小于case 1；因此，NL和ΔG较低

（d）case 3: 使用没有Au浮栅的CNT晶体管用于突触晶体管，由于电荷存储空间有限，NL和ΔG比其他情况小得多

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Figure 3. C60浮栅突触晶体管

（a）C60浮栅突触晶体管的示意图（左）和横截面侧视图SEM（右）

（b）通过施加重复的正和负栅极脉冲进行重复的沟道电导调制。在（c）写入和（d）擦除条件下，由一系列栅极脉冲产生的EPSC

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Figure 4. Au纳米颗粒浮栅突触晶体管

（a）Au纳米颗粒突触晶体管的器件结构

（b）Au纳米颗粒突触晶体管的促进和抑制行为

（c）Au纳米颗粒的放电时间常数随沟道长度和纳米颗粒尺寸而变化

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Figure 5.基于氧化物铁电材料的铁电门突触晶体管

（a）具有向上和向下极化的铁电门突触晶体管的示意图。（b）在施加具有不同脉冲幅度和宽度的栅极电压之后，铁电栅极突触晶体管的电流。（c）基于Hf0.5Zr0.5O2铁电材料的铁电门突触晶体管结构及其工作原理。（d）脉冲方案1：具有相同脉冲宽度及幅度。（e）脉冲方案2：具有逐渐增加的脉冲宽度。（f）脉冲方案3：具有增加的脉冲幅度。

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Figure 6.自支撑P（VDF-TrFE）膜作为介电层的超薄适形铁电门突触晶体管

（a）自支撑P（VDF-TrFE）膜作为介电层的超薄适形有机突触晶体管的器件结构。b）突触晶体管在不同基板上放置时，在0 V处的滞后窗口和ON-OFF比率。器件在两种极端弯曲条件下的照片（c）及长期增强，长期抑制特征（d）。

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Figure 7. 具有HZO作为介电层的无结铁电FinFET

（a）具有HZO作为介电层的无结铁电FinFET的器件结构。

（b）受激神经网络的示意图。

（c）模式识别准确度与状态水平的比较。

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Figure 8. 基于SWCNT的电解质门控突触晶体管

（a）SWCNT电解质门突触晶体管的示意图

（b）由突触前峰值引发的EPSC

（c）通过气溶胶喷射印刷制造的SWCNT电解质门突触晶体管的器件结构

（d, e）印刷的SWCNT电解质突触晶体管的高通滤波和低通滤波特性

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Figure 9. 基于过渡金属氧化物的电解质门控突触晶体管

（a,b）离子液体门控SmNiO3突触晶体管的示意图和工作原理

（c）通过施加重复的正和负栅极脉冲来调制SmNiO3的薄片电导

（d）离子液体门控SmNiO3突触晶体管的不对称STDP和对称STDP特征

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Figure 10. 基于二维半导体材料的电解质门控突触晶体管

（a）2D MoS2突触晶体管的器件结构

（b）多门2D MoS2突触晶体管的示意图，其类似于具有分枝树突的人工神经元

（c）穗率依赖的EPSC反应

（d）神经元输入输出与速率编码方案的关系由不同的调制电压调制

（e）神经增益调制对应于输入-输出曲线的倾斜

（f）基于准2D α-MoO3的突触晶体管的光图像和示意图

（g,h）在正和负栅极电压的作用下，基于准2D α-MoO3的突触晶体管的示意图及工作原理。

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Figure 11. 基于有机半导体材料的电解质门控突触晶体管

（a）基于PEDOT：PSS的突触晶体管的器件结构

（b）基于PEDOT：PTHF的突触晶体管的简化示意图

（c）器件的存储状态ΔI随着脉冲次数N的增加而增加

（d）基于自支撑有机电解质 - 栅极突触晶体管的高度互连的神经形态结构（HINA）的示意图

（e）基于木材的纤维素纳米纸（WCN）的有机突触晶体管的示意图

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Figure 12.利用多种光刺激的人工轴突-多突触网络

（a）利用多种光刺激的人工轴突-多突触网络的示意图

（b）使用两种不同波长的光（405 nm和532 nm）脉冲信号实现的动态逻辑，通过改变532 nm的光脉冲强度可以调节器件性能。

（c）通过利用两个405 nm光尖峰（10μW，1s）作为逻辑输入信号实现的石墨烯-碳纳米管混合突触晶体管的“NOR”逻辑操作

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Figure 13.基于IGZO-Al2O3的光控突触晶体管

（a）基于IGZO-Al2O3的光控突触晶体管的器件结构及工作原理

（b）UV光刺激后的突触后电流

（c）通过重复光脉冲刺激实现STM到LTM的转换

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Figure 14.基于非晶IGZO的光控突触晶体管

（a）基于非晶IGZO的光子突触晶体管的器件结构

（b）在黑暗和光照下非晶IGZO的能带图。在照射下，在非晶IGZO膜中将产生电离氧空位

（c）基于非晶IGZO的突触晶体管的光响应行为

（d）用于模拟STDP的两个连接的IGZO突触装置的示意图

（e）不同Δt值下的PSC变化

（f）在两个连接的IGZO突触装置中实现对称STDP

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Figure 15.基于无机卤化物钙钛矿量子点（QD）的光控突触晶体管

（a）基于无机卤化物钙钛矿量子点（QD）的光控突触的器件结构

（b）写入和擦除条件下的器件能带结构

（c）由波长为365nm， 脉宽为1s的光脉冲激发的EPSC

（d, e）PPF效应

（f）PPF到PPD的转变

（g）经受光脉冲和负电脉冲的突触装置的通道电流调制

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小结

在这个工作中，作者介绍了基于晶体管的人工神经突触的最新进展，以便为将来实现晶体管突触功能提供指导。还介绍了基于晶体管的人工神经突触的主要挑战和研究方向。

Recent Advances in Transistor-Based Artificial Synapses (Adv. Funct. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adfm.201903700)

本文由tt供稿，材料牛整理编辑。

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