通過調(diào)節(jié)兩個(gè)相鄰神經(jīng)元之間的連接，具有逐步傳導(dǎo)調(diào)制的憶阻器，可以同時(shí)存儲(chǔ)和處理類似于生物學(xué)突觸的信息。然而，開發(fā)高穩(wěn)定性、高均勻性、低功耗的憶阻器件是神經(jīng)形態(tài)計(jì)算領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。本文以多層石墨烯薄膜為底部電極，制備了具有Ta/Ta
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5/AlN/石墨烯結(jié)構(gòu)的雙端憶阻器。該器件在直流掃描電壓下具有穩(wěn)定的電氣特性。更重要的是，該憶阻器可以完全模擬生物突觸的功能和可塑性，包括與時(shí)間相關(guān)的可塑性，以及興奮性突觸后電流等。通過具有0.8 V振幅和50 ns寬度的脈沖，器件在寫入事件時(shí)能量值可以低至37飛焦耳，這進(jìn)一步證明了器件消耗功率低。根據(jù)電流-電壓曲線的擬合結(jié)果，該傳導(dǎo)機(jī)理主要是由于陷阱輔助隧穿導(dǎo)致。Ta/Ta
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5/AlN/石墨烯憶阻器為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、低功耗的人工突觸神經(jīng)形態(tài)計(jì)算提供了極好的材料。
Fig. 1 (a) Ta/Ta
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5/AlN/石墨烯器件結(jié)構(gòu)示意圖。(b) Ta/Ta
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5/AlN/石墨烯在掃描100次時(shí)的I-V曲線。
Fig. 2 (a-b)在直流模式下，0-3V-0正電壓連續(xù)掃描5次，0-4V-0負(fù)電壓連續(xù)掃描5次。(c)提取(a-b)中的電流和電壓數(shù)據(jù)，繪制與時(shí)間的關(guān)系。(d)抗性的統(tǒng)計(jì)分布。(e) 5×10
4個(gè)脈沖周期的耐久性能。
Fig. 3 調(diào)整不同參數(shù)的正/負(fù)雙向脈沖序列對(duì)憶阻器電導(dǎo)的影響。(a-b)不同電壓幅值對(duì)電導(dǎo)調(diào)制的影響。(c-d)不同脈沖間隔對(duì)電導(dǎo)調(diào)制的影響。(e-f)不同脈沖寬度對(duì)電導(dǎo)調(diào)制的影響。
Fig. 4 (a)突觸前脈沖刺激產(chǎn)生的EPSC特性。(b)不同脈沖持續(xù)時(shí)間的突觸前脈沖觸發(fā)EPSC，脈沖幅度為2V。(c)不同電壓下程序設(shè)計(jì)脈沖產(chǎn)生的EPSC。(d)在同一脈沖下分別施加5、15、50個(gè)脈沖下，獲得的EPSC衰減。
Fig. 5 機(jī)理解釋。(a-b) TAT機(jī)制。(c-d)對(duì)I-V曲線的LRS和HRS進(jìn)行擬合。(e-I)對(duì)于五個(gè)連續(xù)正電壓掃描周期的I-V曲線，進(jìn)行周期1到周期5的擬合曲線。
相關(guān)研究成果于2020年由新加坡國立大學(xué)Jingsheng Chen課題組，發(fā)表在Journal of Materials Chemistry C (DOI: 10.1039/D0TC00316F)上。原文：Memristors Based on Multilayer Graphene Electrodes for Implementing a Lowpower Neuromorphic Electronic Synapse
