通過調(diào)節(jié)兩個相鄰神經(jīng)元之間的連接，具有逐步傳導調(diào)制的憶阻器，可以同時存儲和處理類似于生物學突觸的信息。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)計算領域的一大挑戰(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/石墨烯結構的雙端憶阻器。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，包括與時間相關的可塑性，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，器件在寫入事件時能量值可以低至37飛焦耳，這進一步證明了器件消耗功率低。根據(jù)電流-電壓曲線的擬合結果，該傳導機理主要是由于陷阱輔助隧穿導致。Ta/Ta
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5/AlN/石墨烯憶阻器為實現(xiàn)穩(wěn)定、低功耗的人工突觸神經(jīng)形態(tài)計算提供了極好的材料。
Fig. 1 (a) Ta/Ta
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5/AlN/石墨烯器件結構示意圖。(b) Ta/Ta
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5/AlN/石墨烯在掃描100次時的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)，繪制與時間的關系。(d)抗性的統(tǒng)計分布。(e) 5×10
4個脈沖周期的耐久性能。
Fig. 3 調(diào)整不同參數(shù)的正/負雙向脈沖序列對憶阻器電導的影響。(a-b)不同電壓幅值對電導調(diào)制的影響。(c-d)不同脈沖間隔對電導調(diào)制的影響。(e-f)不同脈沖寬度對電導調(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)不同電壓下程序設計脈沖產(chǎn)生的EPSC。(d)在同一脈沖下分別施加5、15、50個脈沖下，獲得的EPSC衰減。
Fig. 5 機理解釋。(a-b) TAT機制。(c-d)對I-V曲線的LRS和HRS進行擬合。(e-I)對于五個連續(xù)正電壓掃描周期的I-V曲線，進行周期1到周期5的擬合曲線。
相關研究成果于2020年由新加坡國立大學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
