APL | 青岛大学单福凯教授团队:通过引入Al₂O₃电荷俘获层增强IGZO突触晶体管的长期记忆特性

关注我们，点亮星标，精彩内容尽在掌握！

近日，青岛大学单福凯教授团队在Applied Physics Letters上发表了题为“Enhancement of long-term memory of IGZO synaptic transistors by the introduction of Al₂O₃ charge trapping layer”的研究论文。

受大脑神经突触启发的神经形态计算被广泛认为是克服传统冯·诺依曼架构局限性的有前景的解决方案。作为神经形态系统的核心组件，人工突触器件在自适应学习方面展现出巨大潜力。由于具有可控的沟道电导和CMOS兼容性，固态电解质栅突触晶体管（EGSTs）作为下一代神经形态器件引起了广泛关注。然而，现有的大多数EGSTs由于离子的快速自扩散行为，难以维持稳定的沟道电导状态，严重制约了其长期可塑性（LTP）表现。

为了解决这一问题，本工作提出将电荷俘获（CT）层引入栅介质的策略，制备了以铟镓锌氧化物（IGZO）为沟道层、Al₂O₃为电荷俘获层、ZrO₂为固态电解质层的突触晶体管。基于Al₂O₃层中被俘获的正电荷的俘获/去俘获行为，可以有效调控氢离子的迁移，从而显著改善突触晶体管的LTP特性。通过调节突触前脉冲方案，成功模拟了典型的突触行为，包括兴奋性突触后电流（EPSC）、双脉冲易化（PPF）以及从短期记忆（STM）到长期记忆（LTM）的转变。基于突触晶体管中沟道的电导调制特性，构建了用于模式识别的人工神经网络，获得了95.4%的高识别准确率。这项工作展示了一种增强突触晶体管LTP特性的有效策略。

单福凯，博士，二级教授，博士生导师。迄今已在SCI期刊发表学术论文160余篇，其中以第一作者或通讯作者署名140余篇，累计被引8100余次，单篇最高被引400余次，H-因子49。多篇第一/通信作者文章发表于《Advanced Materials》、《Advanced Functional Materials》、《Applied Physics Letters》、《IEEE Electron Device Letters》等国际顶尖期刊；近三年在APL上发表文章10余篇，并多次被期刊选为Editor's picks和Featured Articles。主持国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金面上项目、军委科技委项目、山东省自然基金及多项企业横向课题。团队主要研究方向包括宽禁带半导体薄膜材料、高κ介电层与半导体器件的集成（薄膜晶体管、光电神经形态器件、光电探测器等）。

王聿晖，青岛大学电子信息学院硕士研究生。

苗广潭，青岛大学物理科学学院博士研究生。

Applied Physics Letters以简明扼要的最新报告为特色，介绍了应用物理学的重大新发现。APL强调关键数据和新的物理学见解的快速传播，及时发表新实验和理论论文，报告物理现象在科学，工程和现代技术的所有分支中的应用。