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全固态双电层晶体管（ASS-EDLT）最近因其在神经形态设备应用中的巨大潜力而引起了人们的关注。然而，它们的低开关响应速度是其实际应用的一个显著缺点。研究人员展示了 ASS-EDLT 的超快切换，这是通过氢化金刚石单晶和具有极高质子传导性的多孔氧化钇稳定氧化锆薄膜的出色组合实现的。研究了响应栅极电压的开关响应速度脉冲。实现了 ASS-EDLT，即使在室温下，其响应时间也非常短，不到 100 μs（即 27 μs）。这比典型的传统 ASS-EDLT 中的时间要短得多，传统 ASS-EDLT 的响应时间通常以毫秒或更长为单位。此外，主题ASS-EDLT具有与易失性存储器件相似的特性。为了展示设备的神经形态计算能力，执行了波形转换任务。结果表明，ASS-EDLT以其高运行速度，有助于高速神经形态系统的发展。相关研究内容以“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”为题发表在《Materials Today Advances》上。
图文导读
研究重点
1. 由NIMS和东京理科大学组成的研究小组利用高离子导电性陶瓷薄膜和金刚石薄膜开发出了速度最快的双电层晶体管。该晶体管可用于开发具有广泛应用的节能、高速边缘人工智能设备，包括未来事件预测和图像（包括面部识别）、语音和气味的模式识别/确定。
2. 双电层晶体管利用在电解质和半导体之间的界面处形成的双电层的充电和放电引起的电阻变化来充当开关。由于这种晶体管能够模仿人类大脑神经元的电反应（即充当神经形态晶体管），因此它在人工智能设备中的应用具有潜在的前景。然而，现有的双电层晶体管在导通和截止状态之间切换缓慢。典型的转换时间范围为数百微秒至 10 毫秒。因此，需要开发更快的双电层晶体管。
3. 该研究小组通过使用脉冲激光高精度沉积陶瓷（氧化钇稳定的多孔氧化锆薄膜）和金刚石薄膜，在陶瓷/金刚石界面形成双电层，开发出双电层晶体管。氧化锆薄膜能够将大量的水吸附到其纳米孔中，并允许水中的氢离子轻松地迁移通过它，从而使双电层能够快速充电和放电。这种双电层效应使晶体管能够非常快速地运行。该团队通过向晶体管施加脉冲电压，实际测量了晶体管的运行速度，发现其运行速度比现有双电层晶体管快8.5倍，创下了新的世界纪录。
4. 该研究项目产生了一种新型陶瓷薄膜技术，能够对几纳米厚度的双电层进行快速充电和放电。这是打造实用、高速、节能的人工智能辅助设备的重大成果。这些设备与各种传感器（例如智能手表、监控摄像头和音频传感器）相结合，预计将为各个行业提供有用的工具，包括医学、防灾、制造和安全。
DOI：10.1016/j.mtadv.2023.100393
豫公网安备41010202002335号