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神經(jīng)形態(tài)計(jì)算因其具有高能效、低功耗的數(shù)據(jù)處理能力，已經(jīng)成為后摩爾時(shí)代人工智能芯片重要候選方案之一。神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的特征是模擬物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的信息傳遞方式。生物突觸對(duì)信息的傳遞起關(guān)鍵作用，是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部件之一。實(shí)現(xiàn)高性能的人工電子突觸是神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的關(guān)鍵。人工電子突觸利用集成電路憶阻器件的電導(dǎo)變化模擬生物突觸的行為，理想的情況是實(shí)現(xiàn)高線(xiàn)性度和高增大/減小對(duì)稱(chēng)性的電導(dǎo)調(diào)控。相變型憶阻器(PCRAM)可靠性高，而且與現(xiàn)有硅基CMOS工藝集成度高，是具有優(yōu)勢(shì)的人工電子突觸器件。然而，目前相變型人工電子突觸器件還存在電導(dǎo)調(diào)制可靠性差、對(duì)稱(chēng)性不足等問(wèn)題，嚴(yán)重制約其在神經(jīng)形態(tài)計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用。

近日，西安交通大學(xué)電信學(xué)部電子學(xué)院任巍教授和牛剛教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)鎵（Ga）摻雜對(duì)傳統(tǒng)鍺銻碲（Ge2Sb2Te5）器件進(jìn)行改性最終實(shí)現(xiàn)了高性能的電子突觸。文章證明了Ga摻雜Ge2Sb2Te5電子突觸具有良好的熱穩(wěn)定性、高可靠性、Set/Reset雙向可控開(kāi)關(guān)以及線(xiàn)性和連續(xù)電導(dǎo)調(diào)節(jié)特性，滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)程電子突觸的所有要求。通過(guò)微觀(guān)結(jié)構(gòu)表征和分析，明確了Ga摻雜對(duì)Ge2Sb2Te5原子結(jié)構(gòu)和結(jié)晶的影響，并優(yōu)化了Ga摻雜濃度。最后，基于優(yōu)化的Ga摻雜Ge2Sb2Te5電子突觸建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于MNIST手寫(xiě)數(shù)字集和CIFAR-10圖像的識(shí)別準(zhǔn)確率分別達(dá)到96.22%和93.6%。

該成果以《面向神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的Set/Reset雙向可控相變鎵摻雜Ge2Sb2Te5長(zhǎng)時(shí)程電子突觸》(Set/Reset Bilaterally Controllable Resistance Switching Ga-doped?Ge2Sb2Te5?Long-Term Electronic Synapses for Neuromorphic Computing)為題發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)上。西安交通大學(xué)牛剛教授、任巍教授及中科院上海微系統(tǒng)所宋三年研究員為該論文通訊作者，西安交通大學(xué)機(jī)械學(xué)院蔣莊德院士、趙立波教授為論文共同作者。論文的合作單位還包括加拿大西蒙弗雷澤大學(xué)、中科院上海微系統(tǒng)所及中科院微電子研究所。

Ga摻雜對(duì)Ge2Sb2Te5薄膜結(jié)晶行為影響的研究

鎵摻雜Ge2Sb2Te5本地原子結(jié)構(gòu)分析

鎵摻雜對(duì)Ge2Sb2Te5器件電特性影響的研究

鎵摻雜對(duì)Ge2Sb2Te5電子突觸的可靠多級(jí)存儲(chǔ)、突觸增強(qiáng)、突觸抑制及脈沖時(shí)間依賴(lài)可塑性模擬研究

鎵摻雜對(duì)Ge2Sb2Te5電子突觸在神經(jīng)形態(tài)計(jì)算任務(wù)的驗(yàn)證

西安交通大學(xué)電信學(xué)部電子學(xué)院電子陶瓷與器件教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室任巍教授、牛剛教授課題組長(zhǎng)期從事“后摩爾”功能薄膜與硅的異質(zhì)集成和非易失性存儲(chǔ)器件的研究。近年來(lái)在“后摩爾”時(shí)代綠色環(huán)保的無(wú)鉛介電、壓（鐵）電功能薄膜與集成器件方面取得了系列成果，研究論文已經(jīng)發(fā)表于Nature Commun.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、IEEE Electron. Dev. Lett.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Sensor Actuat. B和J. Mater. Chem. C?等期刊上。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202213296

更多信息請(qǐng)查閱牛剛教授個(gè)人主頁(yè)：https://gr.xjtu.edu.cn/web/gangniu

來(lái)源：交大新聞網(wǎng)