氧化物双电层晶体管及其“类脑芯片”应用

万青

南京大学电子科学与工程学院，南京，210023

人脑是由多达10的15方的突触(Synapses)连接起来的一台功耗仅为20W的分布式、智能生物计算机。神经元(Neurons)是大脑记忆和信息处理的基本单元，突触则是神经元之间在功能上发生联系的部位，也是信息传递和处理的关键部位。神经形态工程（Neuromorphic Engineerings）的终极目标是仿生大脑的构架和工作模式，研制具有自主学习和认知功能的超低功耗智能计算机。从底层出发研制具有突触和神经元功能的新概念器件对于构建神经形态系统和研制真正意义上的“类脑芯片”意义十分重大。最近研究表明双电层晶体管在该领域具有重大应用前景。我们课题组是国际上第一个采用界面质子双电层调控手段研制超低压非晶氧化物双电层晶体管并探索其在神经形态电子学领域应用的研究小组。2009年开始我们课题组在磷掺杂SiO₂纳米颗粒膜、壳聚糖、氧化石墨烯等薄膜中发现了巨大双电层电容，并用上述固态电解质薄膜作为栅介质实现了非晶氧化物半导体载流子有效调控。在此基础上我们成功研制了一系列基于氧化物双电层晶体管的人造突触和人造神经元器件，并实现了生物突触的短/长程记忆、尖峰时间依赖的可塑性（STDP）、高通滤波、多路脉冲信息整合调控和神经元算法等功能的仿生。上述研究结果为“类脑芯片”研制和神经形态工程应用奠定了坚实的物理与器件基础。

参考文献:

[1] Jie Jiang,Qing Wan*, Jia Sun, and Aixia Lu, Appl. Phys. Lett.95, 152114 (2009).

[2] Mingzhi Dai,Qing Wan*, Nano Letters 11, 3987-3990 (2011).

[3] Jumei Zhou, Ning Liu, Liqiang Zhu, Yi Shi, andQing Wan*, IEEE Electron Device Letters. 36, 2, 198 (2015).

[4] Liqiang Zhu, Changjin Wan, Liqiang Guo, Yi Shi, andQing Wan*. Nature Communications, 5. 3158 (2014).

[5]Yanghui Liu, Liqiang Zhu*, Ping Feng, Yi Shi, andQing Wan*, Advanced Materials. 27, 5599 (2015).

个人简介

万青，男，1976年8月出生，国家杰出青年基金获得者，南京大学电子科学与工程学院教授/博士生导师。1998年本科毕业于浙江大学材料系，2004年在科学院上海微系统所并获得电子学博士学位，之后在英国剑桥大学、美国密西根大学从事博士后科研工作，回国后曾在湖南大学、科学院宁波材料所和南京大学从事科研和教学工作。目前主要从事氧化物半导体与新概念器件应用研究，在Nature Communications、Nano Letters、Advanced Materials、IEEE Electron Device Letters和Appl. Phys. Letts.等著名杂志发表SCI论文150多篇，累计被SCI他引5500余次，个人论文H 因子为36。个人先后荣获科学院院长特别奖、全国百篇优秀博士论文、浙江省自然科学一等奖（个人排名第1）、中国青年科技奖、中组部 “青年拔尖人才”计划、科学院百人计划择优支持等荣誉和奖励。