基於鐵電隧道結類生物突觸憶阻器的記憶力固化研究

《基於鐵電隧道結類生物突觸憶阻器的記憶力固化研究》是依託南京大學，由許含霓擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於鐵電隧道結類生物突觸憶阻器的記憶力固化研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：許含霓
• 依託單位：南京大學

項目摘要

本課題擬研究鐵電隧道結憶阻器類生物突觸性能及記憶力固化行為。通過雷射分子束外延、脈衝雷射沉積等薄膜技術製備鐵電外延薄膜並構造鐵電隧道結憶阻原型器件，利用I-V測試、PFM、CFM等手段詳細研究鐵電薄膜極化翻轉調控電子量子隧穿的特性，對鐵電隧道結憶阻行為及其產生的微觀機制、系統狀態量隨外場載入歷史的變化、鐵電疇結構演變、界面勢壘的演化、憶阻弛豫行為、憶阻現象中穩定性問題等方面進行深入分析、研究。通過電脈衝調製在鐵電隧道結上實現生物突觸學習和記憶的長時程增強（LTP）和長時程抑制（LTD）等性能，分析鐵電疇核的成核長大以及弛豫行為與生物突觸中的STM及LTM過程的聯繫，研究鐵電隧道結中記憶力固化行為。依賴突觸權重變化量進行加減乘除的運算，進行鐵電隧道結的運算與存儲相融合的研究。

結題摘要

鐵電隧道結是一類創新的納米電子學器件。一方面，鐵電極化翻轉能夠引起靜電勢和界面勢壘的改變，從而對鐵電隧道結的輸運行為進行調控。另一方面，鐵電隧道結也是一類重要的憶阻器，它能夠通過電調控鐵電疇結構來獲得電阻狀態的連續可調。這使得鐵電隧道結在人工認知神經科學領域有重要的套用。在本項目研究中，我們基於鈦酸鋇鐵電隧道結憶阻器構建了一類人工認知器件，它能夠依據“認知神經科學”原理，處理諸如字元等的數據信息。本項目研製的鐵電隧道結的隧穿電致電阻達到1000，且具有良好的重複性。針對鐵電隧道結憶阻器中存在的穩定性問題，我們分別研究了鐵電隧道結的憶阻弛豫行為中鐵電疇結構、界面勢壘隨時間的演化規律，並從疇結構角度出發提出了鐵電隧道結記憶力固化的方法。在此基礎上，我們採用鐵電隧道結模擬了突觸可塑性，並且利用其突觸長時程增強與長時程抑制行為執行了加、減法的運算操作；根據“認知神經科學”原理，實現了類腦信息處理過程中的“編碼運算”、“訓練”、“記憶固化”以及“信息取回”等關鍵環節。這些研究為發展基於鐵電隧道結的、低功耗的人工認知器件和類腦計算提供了新方案。