论文背景

人脑具有高度发达的感觉-记忆-计算能力，而人脑中信息的传递和处理是通过大量的神经元和突触来完成的。突触作为神经元之间的重要连接，具有同时存储和处理信息的功能，赋予神经元显著的计算能力。因此，设计具有突触行为的物理设备是构建类脑计算的关键步骤。阻变存储器（Resistive random access memory，简称RRAM）因具有类似于生物突触的结构，可以成比例缩小器件尺寸，使得器件可以达到人脑中突触密度的数量级，因此，RRAM是模拟生物突触功能的重要候选者。

图文详情

西安电子科技大学常晶晶课题组报道了题为“Photo-synaptic Memristor Devices from Solution-processed Ga2O3 Thin Films”的研究论文。该研究中，采用溶液法制备基于Ga₂O₃阻变存储器的光突触器件。通过优化溶液浓度和退火温度等因，实现非易失性存储，器件开关比大于104，阻态稳定保持时间超过104 s,有着较高的存储寿命。同时，以紫外信号作为刺激信号，观察到兴奋性突触后电流、双脉冲易化等突触行为，证明了其实现模拟突触的可行性。最后，通过模拟一系列学习-遗忘过程展示了该器件在神经形态视觉领域具有巨大应用潜力。

图1. a-f 溶液法制备RRAM器件的工艺流程。

图2. a ) Ga₂O₃基RRAM的I-V开关曲线。b )第1，25，50，75，100，125和150个周期的I-V曲线。c) 0.6 V下102个周期下高阻态和低阻态的变化趋势。d) VSET和VRESET的累积概率。e) 0.5 V下的器件保持特性。f )对数标度的I-V曲线的线性拟合。g) Ag/Ga₂O₃/Si器件阻变过程的物理机制。

图3. a )人类视觉系统示意图和基于RRAM的光子突触结构示意图。分别由单个紫外光脉冲( 0.791 mW cm^-2 , 1s)和双脉冲( Δt = 1s)触发的兴奋性突触后电流b )以及双脉冲易化c )。d )采用双指数函数拟合PPF指数与脉冲间隔Δt的关系。不同光照时长( e )和光照强度( f )下单个紫外光脉冲下的电流响应。

图4 . a )不同光脉冲数下电流的变化。b )拟合突触权重与光脉冲数的关系。c )不同脉冲速率下电流的变化。d )模拟学习-遗忘-记忆过程。

论文小结

团队提出的基于溶液法制备的光突触器件，具有长阻态稳定保持时间、高开关比等优异存储性能。此外，在紫外光（254 nm）刺激下，该器件实现突触可塑性，可用于模拟生物突触。最后，通过对"学习-遗忘-记忆"的模拟，验证了基于Ga₂O₃ RRAM的光突触器件具有信息存储的能力，揭示了基于RRAM的光突触在大脑记忆方面的巨大潜力。

期刊简介

期刊Advanced Electronic Materials重点发表物理：应用、材料科学：综合、纳米科技相关方向的文章。

该期刊是一个跨学科论坛，在材料科学，物理学，电子和磁性材料工程领域进行同行评审，高质量，高影响力的研究。除了基础研究外，它还包括电子和磁性材料、自旋电子学、电子学、器件物理学和工程学、微纳机电系统和有机电子学的物理和物理性质的研究。期刊最新引文指标为0.9，最新影响因子为5.3（2023）。

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