电子学院万青教授、施毅教授课题组在柔性神经元器件领域取得系列进展

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图3. 超低功耗IGZO突触晶体管及其突触特性仿生

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图1.柔性多侧栅神经元晶体管的pH传感器结构示意图及其传感测试照片

图4. 柔性自支撑壳聚糖耦合的突触/神经元晶体管及其神经仿生特性

(电子科学与工程学院 科学技术处)

图2. 柔性神经元晶体管的超低功耗spike动态pH值传感特性

课题组人员采用全室温工艺在柔性PET塑料衬底上成功研制了具有多侧栅结构的神经元晶体管,并系统研究该柔性器件的pH值传感特性。研究结果表明,当pH值传感的灵敏度定义为不同pH值沟道电导相对变化时,类神经元spike工作模式可以显著提高器件的pH值传感特性。另外该动态工作模式的恢复时间都在毫秒量级,且完成单次传感的能耗可以低达几十pJ。更为重要的是,研究还发现在另外一个调控侧栅电极上施加适当的负偏压,可以进一步提高传感器的pH值灵敏度和进一步降低传感能耗。当在第二个侧栅上施加-0.2V时,器件的pH值探测灵敏度高达~63。有关结果发表在【Scientific
Reports. 5, 18082
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最近课题组人员采用简单的涂布、剥离工艺制备了具有高质子导电特性的自支撑壳聚糖膜,并在此基础上研制了自支撑柔性突触/神经元晶体管,实现了包括兴奋性后突触电流、双脉冲易化、短程/长程记忆等特性的仿生。最后还通过在第三个调制端施加调控脉冲实现了动态逻辑“与”和“或”的调控,如图4所示。有关结果发表在【Advanced
Materials. 27, 5599
】。

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最近,我校电子科学与工程学院万青教授、施毅教授课题组在新型柔性神经性态电子器件领域取得系列重要进展,成功实现了基于神经仿生工作原理的柔性、超低能耗pH值探测和神经元spike逻辑调控,上述研究结果为柔性可穿戴式生化传感和“类脑芯片”的研制奠定了坚实的器件基础。

该研究得到了国家杰出青年基金、科技部“973”项目、江苏省双创团队、江苏省双创人才计划等项目和计划的资助。

课题组人员在导电PET衬底上成功研制了基于柔性In-Ga-Zn-O双电层晶体管的超低功耗人造突触器件。由于IGZO双电层晶体管工作在增强型晶体管的亚阈值区域,单spike功耗仅为电子学院万青教授、施毅教授课题组在柔性神经元器件领域取得系列进展。~0.2pJ。课题组研究人员还单个人造突触器件上实现了双脉冲易化和突触滤波功能的仿生,如图3所示。有关结果发表在【IEEE
Electron Device Letters. 36, 2, 198
】。

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