【摘 要】
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在大数据时代,冯·诺依曼瓶颈已严重限制了计算机的高效处理能力,而人脑具备高效、低功耗和处理复杂问题的优势,同时其功能的完成与突触密不可分。因此从底层器件出发,研制具有神经突触功能的新型器件对于实现神经形态计算和满足信息处理需求具有重要意义。三端型神经突触晶体管由于其具有额外的输入端,可实现器件的读写操作分离以及更多的突触功能模拟,被认为是人工突触器件的最佳候选者之一。四面体非晶碳膜（ta-C）作为
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
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在大数据时代,冯·诺依曼瓶颈已严重限制了计算机的高效处理能力,而人脑具备高效、低功耗和处理复杂问题的优势,同时其功能的完成与突触密不可分。因此从底层器件出发,研制具有神经突触功能的新型器件对于实现神经形态计算和满足信息处理需求具有重要意义。三端型神经突触晶体管由于其具有额外的输入端,可实现器件的读写操作分离以及更多的突触功能模拟,被认为是人工突触器件的最佳候选者之一。四面体非晶碳膜（ta-C）作为非晶碳膜中的一种,具有高介电常数、高稳定性、高金属离子扩散性和制备工艺简单可控的优点,可望用于构建高稳定性且易于大规模集成的突触晶体管。本实验制备了基于四面体非晶碳膜（ta-C）的电化学突触晶体管,并围绕着器件的电导转变规律及机制和神经突触可塑性模拟进行了深入研究,主要工作如下:首先,结合磁过滤双弯管阴极弧真空溅射技术（FCVA）和紫外光刻技术,制备了以超薄ta-C作为沟道材料、固态电解质作为栅极电介质的电化学突触晶体管。其次,通过电池恒电流充放电测试、C-V氧化还原测试和原位拉曼测试,研究了锂离子对ta-C的电导调控机制,发现锂离子在电场驱动下可与ta-C薄膜内部的sp2团簇发生可逆的氧化还原反应,生成锂碳化合物,从而改变薄膜的载流子浓度和电导值。最后,通过在ta-C突触晶体管的栅电极施加脉冲电压,系统地研究了脉冲电压参数对器件突触性能的影响,成功实现了短程突触可塑性（STP）、长程突触可塑性（LTP）和脉冲频率依赖可塑性（SRDP）等多种神经突触功能的模拟,并在低功耗条件下实现了器件突触权重的多阻态连续可逆调控。同时,通过测试不同sp2含量的ta-C突触晶体管,发现ta-C的sp2含量会显著影响器件的神经突触特性。
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