寧波材料所在人造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域取得進(jìn)展
神經(jīng)元晶體管(vFET)作為一種多功能、智能化的晶體管，在人造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中起著重要的作用。這類晶體管是通過電容耦合效應(yīng)計(jì)算多端輸入信號(hào)的加權(quán)和，來(lái)控制晶體管的導(dǎo)通和截止，能量消耗少，非常類似于人工神經(jīng)元器件的工作模式。這類器件是在傳統(tǒng)硅基電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，采用復(fù)雜的CMOS工藝制作神經(jīng)元晶體管，不符合低成本應(yīng)用的要求，并在新一代柔性、透明電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用面臨了一定困難。
最近，中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所萬(wàn)青研究員帶領(lǐng)的課題組在人造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域取得了進(jìn)展。他們提出了一種氧化物神經(jīng)元薄膜晶體管陣列的制作工藝，采用單步掩膜工藝，在沉積有導(dǎo)電層的襯底上通過自組裝工藝獲得了具有神經(jīng)元操作功能的薄膜晶體管陣列，如圖所示為具有雙端輸入的神經(jīng)元薄膜晶體管結(jié)構(gòu)。這種晶體管在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)的基于SOI的雙柵、三柵薄膜晶體管不同，它的兩個(gè)輸入信號(hào)通過底部的導(dǎo)電層（Floating Gate：即浮柵電極）耦合到導(dǎo)電溝道層，而對(duì)于傳統(tǒng)的雙柵、三柵薄膜晶體管，柵電極的控制信號(hào)是通過柵介質(zhì)直接獨(dú)立地耦合到導(dǎo)電溝道上的。同時(shí)這種晶體管可以對(duì)多個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算，當(dāng)?shù)玫降募訖?quán)和超過一定閾值時(shí)，才能將晶體管開啟。該課題組在獲得的神經(jīng)元晶體管上實(shí)現(xiàn)了器件工作模式的調(diào)控，器件實(shí)現(xiàn)了邏輯“與”和邏輯“或”運(yùn)算功能。他們同時(shí)在柔性襯底上和透明襯底上制作了該神經(jīng)元薄膜晶體管，器件電學(xué)性能優(yōu)異。另外，該研究組還開發(fā)了一種激光直寫型氧化物神經(jīng)元薄膜晶體管的制備工藝，在沉積有多層膜的襯底上直接刻畫出了具有神經(jīng)元操作功能的神經(jīng)元薄膜晶體管陣列，并實(shí)現(xiàn)了邏輯“與”運(yùn)算。
據(jù)悉，萬(wàn)青課題組將繼續(xù)在人造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方面展開研究，探索該類器件在神經(jīng)突觸響應(yīng)規(guī)律及柔性、透明生物電子學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。
相關(guān)研究成果發(fā)表在Nanoscale, 5(2013)1980-1985, Applied Physics Letters, 102(2013)043501, Applied Physics Letters, 102(2013)093509上。
IZO神經(jīng)元薄膜晶體管的自組裝制備工藝、邏輯“與”運(yùn)算及電路圖
（新能源所）