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全固態(tài)雙電層晶體管（ASS-EDLT）最近因其在神經(jīng)形態(tài)設(shè)備應(yīng)用中的巨大潛力而引起了人們的關(guān)注。然而，它們的低開關(guān)響應(yīng)速度是其實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)顯著缺點(diǎn)。研究人員展示了 ASS-EDLT 的超快切換，這是通過氫化金剛石單晶和具有極高質(zhì)子傳導(dǎo)性的多孔氧化釔穩(wěn)定氧化鋯薄膜的出色組合實(shí)現(xiàn)的。研究了響應(yīng)柵極電壓的開關(guān)響應(yīng)速度脈沖。實(shí)現(xiàn)了 ASS-EDLT，即使在室溫下，其響應(yīng)時(shí)間也非常短，不到 100 μs（即 27 μs）。這比典型的傳統(tǒng) ASS-EDLT 中的時(shí)間要短得多，傳統(tǒng) ASS-EDLT 的響應(yīng)時(shí)間通常以毫秒或更長為單位。此外，主題ASS-EDLT具有與易失性存儲器件相似的特性。為了展示設(shè)備的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算能力，執(zhí)行了波形轉(zhuǎn)換任務(wù)。結(jié)果表明，ASS-EDLT以其高運(yùn)行速度，有助于高速神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展。相關(guān)研究內(nèi)容以“Ultrafast-switching of an all-solid-state electric double layer transistor with a porous yttria-stabilized zirconia proton conductor and the application to neuromorphic computing”為題發(fā)表在《Materials Today Advances》上。
圖文導(dǎo)讀
研究重點(diǎn)
1. 由NIMS和東京理科大學(xué)組成的研究小組利用高離子導(dǎo)電性陶瓷薄膜和金剛石薄膜開發(fā)出了速度最快的雙電層晶體管。該晶體管可用于開發(fā)具有廣泛應(yīng)用的節(jié)能、高速邊緣人工智能設(shè)備，包括未來事件預(yù)測和圖像（包括面部識別）、語音和氣味的模式識別/確定。
2. 雙電層晶體管利用在電解質(zhì)和半導(dǎo)體之間的界面處形成的雙電層的充電和放電引起的電阻變化來充當(dāng)開關(guān)。由于這種晶體管能夠模仿人類大腦神經(jīng)元的電反應(yīng)（即充當(dāng)神經(jīng)形態(tài)晶體管），因此它在人工智能設(shè)備中的應(yīng)用具有潛在的前景。然而，現(xiàn)有的雙電層晶體管在導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)之間切換緩慢。典型的轉(zhuǎn)換時(shí)間范圍為數(shù)百微秒至 10 毫秒。因此，需要開發(fā)更快的雙電層晶體管。
3. 該研究小組通過使用脈沖激光高精度沉積陶瓷（氧化釔穩(wěn)定的多孔氧化鋯薄膜）和金剛石薄膜，在陶瓷/金剛石界面形成雙電層，開發(fā)出雙電層晶體管。氧化鋯薄膜能夠?qū)⒋罅康乃降狡浼{米孔中，并允許水中的氫離子輕松地遷移通過它，從而使雙電層能夠快速充電和放電。這種雙電層效應(yīng)使晶體管能夠非常快速地運(yùn)行。該團(tuán)隊(duì)通過向晶體管施加脈沖電壓，實(shí)際測量了晶體管的運(yùn)行速度，發(fā)現(xiàn)其運(yùn)行速度比現(xiàn)有雙電層晶體管快8.5倍，創(chuàng)下了新的世界紀(jì)錄。
4. 該研究項(xiàng)目產(chǎn)生了一種新型陶瓷薄膜技術(shù)，能夠?qū)准{米厚度的雙電層進(jìn)行快速充電和放電。這是打造實(shí)用、高速、節(jié)能的人工智能輔助設(shè)備的重大成果。這些設(shè)備與各種傳感器（例如智能手表、監(jiān)控?cái)z像頭和音頻傳感器）相結(jié)合，預(yù)計(jì)將為各個(gè)行業(yè)提供有用的工具，包括醫(yī)學(xué)、防災(zāi)、制造和安全。
DOI：10.1016/j.mtadv.2023.100393
豫公網(wǎng)安備41019702003646號