项目名称: 氧化物双电层薄膜晶体管中的突触响应机理研究

项目编号: No.11474293

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 竺立强

作者单位: 中国科学院宁波材料技术与工程研究所

项目金额: 85万元

中文摘要: 离子液双电层晶体管是一类离子调控型器件,它是通过离子液双电层栅介质中离子的移动来实现其对沟道电导率的调控,这一过程类似于生物突触的工作模式。面向人造神经网络和神经形态计算应用,本项目提出了一种基于全固态无机双电层晶体管的新型人造突触器件。采用等离子体增强化学气相沉积技术制备SiO2纳米颗粒膜,研究该颗粒膜的微观结构及其在外电场作用下的质子迁移行为;然后在该颗粒膜上通过室温单步掩膜工艺研制具有共平面栅结构的ZnO基薄膜晶体管,测试器件性能,揭示器件质子/电子界面极化及界面电化学规律;在研制的ZnO基薄膜晶体管上,研究兴奋性突触后电流、双脉冲易化、突触塑性及多端动态逻辑运算和时空信息整合等生物突触响应特性,揭示双电层突触晶体管的动态响应规律和工作原理。项目的研究成果将为氧化物薄膜晶体管在神经仿生电子学中的应用提供新的思路。

中文关键词: SiO2纳米颗粒膜;质子/电子界面耦合;双电层;薄膜晶体管;人造突触

英文摘要: Ionic liquid gated electric-double-layer (EDL) transistors are a kind of ionic modulation devices. The channel conductance is modulated by ion migration within the ionic liquid electrolyte. Such process is quite similar to the operation mode of a biological synapse. In this project, solid state inorganic electric-double-layer transistors are proposed as artificial synapses for artificial neural network and neural morphological computation applications. SiO2 nanogranular films are deposited by using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The microstructures of the SiO2 nanogranular films are studied.The proton migration behavior under the external electrical field are analyzed. Then, in-plane gate ZnO-based thin-film transistors are fabricated on the SiO2 nanogranular films by sputtering with metal mask at room temperature. The transistor performances are measured and the protonic/electronic interfacial polarization and interfacial electrochemistry effects are analyzed. Biological synaptic functions, such as excitatory postsynaptic currents (EPSC), paired-pulse facilitation (PPF), synaptic plasticity, dynamic logic operation and spatiotemporally correlated signal processing, etc, are mimicked on the proposed ZnO-based synaptic transistor. The dynamic response and operation principle for the ZnO-based EDL synaptic transistor are disclosed. The achievements of this project would provide a new route for the applications of oxide thin-film transistors in neuron bionics.

英文关键词: SiO2 nanogranular films;Protonic/electronic interfacial coupling;Electric-double-layer;Thin-film transistors;Artificial Synapse

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