全固態(tài)雙電層晶體管（ASS-EDLT）最近因其在神經(jīng)形態(tài)設(shè)備應(yīng)用中的巨大潛力而引起了人們的關(guān)注。然而，它們的低開關(guān)響應(yīng)速度是其實際應(yīng)用的一個顯著缺點。研究人員展示了 ASS-EDLT 的超快切換，這是通過氫化金剛石單晶和具有極高質(zhì)子傳導(dǎo)性的多孔氧化釔穩(wěn)定氧化鋯薄膜的出色組合實現(xiàn)的。研究了響應(yīng)柵極電壓的開關(guān)響應(yīng)速度脈沖。實現(xiàn)了 ASS-EDLT，即使在室溫下，其響應(yīng)時間也非常短，不到 100 μs（即 27 μs）。這比典型的傳統(tǒng) ASS-EDLT 中的時間要短得多，傳統(tǒng) ASS-EDLT 的響應(yīng)時間通常以毫秒或更長為單位。此外，主題ASS-EDLT具有與易失性存儲器件相似的特性。為了展示設(shè)備的神經(jīng)形態(tài)計算能力，執(zhí)行了波形轉(zhuǎn)換任務(wù)。結(jié)果表明，ASS-EDLT以其高運行速度，有助于高速神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展。相關(guān)研究內(nèi)容以“Ultrafast-switching of an all-solid-state electric double layer transistor with a porous yttria-stabilized zirconia proton conductor and the application to neuromorphic computing”為題發(fā)表在《Materials Today Advances》上。

       圖文導(dǎo)讀

       研究重點

       1. 由NIMS和東京理科大學(xué)組成的研究小組利用高離子導(dǎo)電性陶瓷薄膜和金剛石薄膜開發(fā)出了速度最快的雙電層晶體管。該晶體管可用于開發(fā)具有廣泛應(yīng)用的節(jié)能、高速邊緣人工智能設(shè)備，包括未來事件預(yù)測和圖像（包括面部識別）、語音和氣味的模式識別/確定。

       2. 雙電層晶體管利用在電解質(zhì)和半導(dǎo)體之間的界面處形成的雙電層的充電和放電引起的電阻變化來充當(dāng)開關(guān)。由于這種晶體管能夠模仿人類大腦神經(jīng)元的電反應(yīng)（即充當(dāng)神經(jīng)形態(tài)晶體管），因此它在人工智能設(shè)備中的應(yīng)用具有潛在的前景。然而，現(xiàn)有的雙電層晶體管在導(dǎo)通和截止狀態(tài)之間切換緩慢。典型的轉(zhuǎn)換時間范圍為數(shù)百微秒至 10 毫秒。因此，需要開發(fā)更快的雙電層晶體管。

       3. 該研究小組通過使用脈沖激光高精度沉積陶瓷（氧化釔穩(wěn)定的多孔氧化鋯薄膜）和金剛石薄膜，在陶瓷/金剛石界面形成雙電層，開發(fā)出雙電層晶體管。氧化鋯薄膜能夠?qū)⒋罅康乃降狡浼{米孔中，并允許水中的氫離子輕松地遷移通過它，從而使雙電層能夠快速充電和放電。這種雙電層效應(yīng)使晶體管能夠非?？焖俚剡\行。該團隊通過向晶體管施加脈沖電壓，實際測量了晶體管的運行速度，發(fā)現(xiàn)其運行速度比現(xiàn)有雙電層晶體管快8.5倍，創(chuàng)下了新的世界紀錄。

       4. 該研究項目產(chǎn)生了一種新型陶瓷薄膜技術(shù)，能夠?qū)准{米厚度的雙電層進行快速充電和放電。這是打造實用、高速、節(jié)能的人工智能輔助設(shè)備的重大成果。這些設(shè)備與各種傳感器（例如智能手表、監(jiān)控攝像頭和音頻傳感器）相結(jié)合，預(yù)計將為各個行業(yè)提供有用的工具，包括醫(yī)學(xué)、防災(zāi)、制造和安全。

       DOI：10.1016/j.mtadv.2023.100393