【產(chǎn)通社，11月13日訊】中國科學(xué)院微電子研究所（Microelectronice of Chinese Academy of Sciences）官網(wǎng)消息，當(dāng)今世界信息技術(shù)突飛猛進，海量的數(shù)據(jù)對信息的快速實時處理提出了更高要求，實現(xiàn)這一目標(biāo)的有效途徑之一是開發(fā)具有邊緣計算能力的智能感知系統(tǒng)，緩解數(shù)據(jù)傳輸帶來的延遲與能耗，從而實現(xiàn)實時、高效的信息處理。 

電解質(zhì)柵控晶體管是近年來提出的一種三端憶阻器件，其結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)場效應(yīng)晶體管類似。不同的是，電解質(zhì)柵控晶體管采用含有可動離子（如H+, Li+等）的電解質(zhì)材料代替二氧化硅作為柵介質(zhì)層。在柵極電壓作用下，可動離子發(fā)生遷移并與溝道材料發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)后注入其中。離子的注入起到了摻雜的作用，能夠調(diào)節(jié)溝道材料的載流子濃度，使溝道電阻態(tài)發(fā)生連續(xù)、可逆的非易失變化，被認為是模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本功能單元——突觸的理想元件之一（參見D. S. Shang, et al. Adv. Func. Mater. 2018, 28, 1804170; D. S. Shang, et al., Adv. Mater. 2017, 29, 1700906）。近年來科學(xué)界對電解質(zhì)柵控晶體管及其在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面的研究取得了一定進展，但研究成果主要集中在單個器件的性能驗證，在材料體系、器件陣列和網(wǎng)絡(luò)算法等層面亟待突破。 

針對上述問題，微電子所微電子重點實驗室劉明院士團隊制備了具有良好溝道電導(dǎo)調(diào)節(jié)性能和器件均一性的電解質(zhì)柵控晶體管陣列，并基于此陣列構(gòu)建了可處理時空信息的脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。團隊首先對材料體系進行了篩選，首次采用無機氧化物——Nb2O5作為溝道材料構(gòu)建電解質(zhì)柵控晶體管，成功實現(xiàn)32x32的陣列集成。此電解質(zhì)柵控晶體管表現(xiàn)出優(yōu)異的電學(xué)特性，包括近線性的溝道電導(dǎo)模擬變化特性、良好的耐受性（≥106）和保持特性（≥1000s）、快速操作（~100ns）、極低的電導(dǎo)變化范圍（<100nS）和超低的操作能耗面密度（20fJ·μm-2）等。團隊進一步利用該電解質(zhì)柵控晶體管陣列構(gòu)建了脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)具有學(xué)習(xí)和識別時空信息的能力。通過使用監(jiān)督學(xué)習(xí)算法和脈沖時序依賴可塑性權(quán)重更新規(guī)則，電解質(zhì)柵控晶體管陣列能夠根據(jù)不同的任務(wù)輸入調(diào)整各個單元的電導(dǎo)（學(xué)習(xí)過程），最終完成對不同輸入脈沖序列的識別�；陔娊赓|(zhì)柵控晶體管的脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以與觸覺傳感器結(jié)合，通過對終端傳感器收集到的時序信息進行傳遞、分析和處理，實現(xiàn)了對物體移動方位的識別。這種智能觸覺感知系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，為發(fā)展可用于物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算等領(lǐng)域的低能耗、可擴展的仿生信息處理系統(tǒng)提供了參考。 

這一成果近期發(fā)表在《先進材料》期刊上（Advanced Materials, DOI: 10.1002/adma.202003018），微電子所博士研究生李悅、盧吉凱為文章的共同第一作者，微電子所尚大山研究員為該文章的通訊作者。同時，微電子所博士生卜獻寶、徐晗和尚大山等針對離子晶體管的基本特性及其在傳感—計算融合中的潛在應(yīng)用與發(fā)展趨勢撰寫的綜述文章發(fā)表在《先進智能系統(tǒng)》期刊上（Advanced Intelligent Systems, DOI: 10.1002/aisy.202000156）。 

該項目得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、中科院和之江實驗室的資助。查詢進一步信息，請訪問官方網(wǎng)站http://www.ime.cas.cn。（張怡, 產(chǎn)通發(fā)布）    （完）