神经元晶体管(vFET)作为一种多功能、智能化的晶体管，在人造神经网络应用中起着重要的作用。这类晶体管是通过电容耦合效应计算多端输入信号的加权和，来控制晶体管的导通和截止，能量消耗少，非常类似于人工神经元器件的工作模式。这类器件是在传统硅基电路的基础上发展起来的，采用复杂的CMOS工艺制作神经元晶体管，不符合低成本应用的要求，并在新一代柔性、透明电子学领域的应用面临了一定困难。

 

最近，中科院宁波材料技术与工程研究所万青研究员带领的课题组在人造神经网络研究领域取得了进展。他们提出了一种氧化物神经元薄膜晶体管阵列的制作工艺，采用单步掩膜工艺，在沉积有导电层的衬底上通过自组装工艺获得了具有神经元操作功能的薄膜晶体管阵列，如图所示为具有双端输入的神经元薄膜晶体管结构。这种晶体管在结构上与传统的基于SOI的双栅、三栅薄膜晶体管不同，它的两个输入信号通过底部的导电层（Floating Gate：即浮柵电极）耦合到导电沟道层，而对于传统的双栅、三栅薄膜晶体管，柵电极的控制信号是通过栅介质直接独立地耦合到导电沟道上的。同时这种晶体管可以对多个输入信号进行加权运算，当得到的加权和超过一定阈值时，才能将晶体管开启。该课题组在获得的神经元晶体管上实现了器件工作模式的调控，器件实现了逻辑“与”和逻辑“或”运算功能。他们同时在柔性衬底上和透明衬底上制作了该神经元薄膜晶体管，器件电学性能优异。另外，该研究组还开发了一种激光直写型氧化物神经元薄膜晶体管的制备工艺，在沉积有多层膜的衬底上直接刻画出了具有神经元操作功能的神经元薄膜晶体管阵列，并实现了逻辑“与”运算。

 

据悉，万青课题组将继续在人造神经网络方面展开研究，探索该类器件在神经突触响应规律及柔性、透明生物电子学等领域的应用。

 

相关研究成果发表在Nanoscale, 5(2013)1980-1985,《应用物理学快报》（ Applied Physics Letters）, 102(2013)043501, Applied Physics Letters, 102(2013)093509上。（来源：中科院宁波材料技术与工程研究所）

 

 

 

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