論文標題：Photo-synaptic Memristor Devices from Solution-processed Ga2O3 Thin Films
作者列表：Wei Wang, Xiangxiang Gao*, Zhenhua Lin*, Haoyu Bai, Dongsheng Cui, Jie Su, Jincheng Zhang, Yue Hao, and Jingjing Chang*
DOI: 10.1002/aelm.202400512
原文鏈接:https://doi.org/10.1002/aelm.202400512
論文背景
人腦具有高度發達的感覺-記憶-計算能力，而人腦中信息的傳遞和處理是通過大量的神經元和突觸來完成的。突觸作為神經元之間的重要連接，具有同時存儲和處理信息的功能，賦予神經元顯著的計算能力。因此，設計具有突觸行為的物理設備是構建類腦計算的關鍵步驟。阻變存儲器（Resistive random access memory，簡稱RRAM）因具有類似于生物突觸的結構，可以成比例縮小器件尺寸，使得器件可以達到人腦中突觸密度的數量級，因此，RRAM是模擬生物突觸功能的重要候選者。
圖文詳情
西安電子科技大學常晶晶課題組報道了題為“Photo-synaptic Memristor Devices from Solution-processed Ga2O3 Thin Films”的研究論文。該研究中，采用溶液法制備基于Ga2O3阻變存儲器的光突觸器件。通過優化溶液濃度和退火溫度等因，實現非易失性存儲，器件開關比大于104，阻態穩定保持時間超過104 s,有著較高的存儲壽命。同時，以紫外信號作為刺激信號，觀察到興奮性突觸后電流、雙脈沖易化等突觸行為，證明了其實現模擬突觸的可行性。最后，通過模擬一系列學習-遺忘過程展示了該器件在神經形態視覺領域具有巨大應用潛力。
圖1. a-f 溶液法制備RRAM器件的工藝流程。
圖2. a ) Ga2O3基RRAM的I-V開關曲線。b )第1，25，50，75，100，125和150個周期的I-V曲線。c) 0.6 V下102個周期下高阻態和低阻態的變化趨勢。d) VSET和VRESET的累積概率。e) 0.5 V下的器件保持特性。f )對數標度的I-V曲線的線性擬合。g) Ag/Ga2O3/Si器件阻變過程的物理機制。
圖3. a )人類視覺系統示意圖和基于RRAM的光子突觸結構示意圖。分別由單個紫外光脈沖( 0.791 mW cm-2, 1s)和雙脈沖( Δt = 1s)觸發的興奮性突觸后電流b )以及雙脈沖易化c )。d )采用雙指數函數擬合PPF指數與脈沖間隔Δt的關系。不同光照時長( e )和光照強度( f )下單個紫外光脈沖下的電流響應。
圖4 . a )不同光脈沖數下電流的變化。b )擬合突觸權重與光脈沖數的關系。c )不同脈沖速率下電流的變化。d )模擬學習-遺忘-記憶過程。
論文小結
團隊提出的基于溶液法制備的光突觸器件，具有長阻態穩定保持時間、高開關比等優異存儲性能。此外，在紫外光（254 nm）刺激下，該器件實現突觸可塑性，可用于模擬生物突觸。最后，通過對"學習-遺忘-記憶"的模擬，驗證了基于Ga2O3RRAM的光突觸器件具有信息存儲的能力，揭示了基于RRAM的光突觸在大腦記憶方面的巨大潛力。
期刊簡介
期刊Advanced Electronic Materials重點發表物理：應用、材料科學：綜合、納米科技相關方向的文章。
該期刊是一個跨學科論壇，在材料科學，物理學，電子和磁性材料工程領域進行同行評審，高質量，高影響力的研究。除了基礎研究外，它還包括電子和磁性材料、自旋電子學、電子學、器件物理學和工程學、微納機電系統和有機電子學的物理和物理性質的研究。期刊最新引文指標為0.9，最新影響因子為5.3（2023）。
