研究团队开发出最快的神经形态、双电层晶体管

（左）本研究项目开发的双电层晶体管示意图。（右）与现有的双电层晶体管相比，使用该晶体管实现了显着更高的神经形态操作速度

由国立材料科学研究所（NIMS）和东京理科大学组成的研究小组使用高离子导电陶瓷薄膜和金刚石薄膜开发了最快的双电层晶体管。

这种晶体管可用于开发具有广泛应用的节能、高速边缘人工智能设备，包括未来事件预测和图像(包括面部识别)、声音和气味的模式识别/确定。这项研究发表在2023年6月16日的《今日材料进展》杂志上。

双电层晶体管利用在电解质和半导体之间的界面上形成的双电层的充放电引起的电阻变化作为开关。由于这种晶体管能够模仿人类大脑神经元的电反应(即充当神经形态晶体管)，因此它在人工智能设备中的应用具有潜在的前景。

然而，现有的双电层晶体管在通断状态之间的切换速度很慢。典型的转换时间范围从几百微秒到10毫秒。因此，开发更快的双电层晶体管是可取的。

该研究小组利用脉冲激光以高精度沉积陶瓷(钇稳定多孔氧化锆薄膜)和金刚石薄膜，在陶瓷/金刚石界面形成双电层，开发了电双层晶体管。

氧化锆薄膜能够将大量的水吸附到其纳米孔中，并允许水中的氢离子容易地通过它迁移，从而使双电层能够快速充电和放电。这种双电层效应使晶体管的工作速度非常快。

研究小组通过对晶体管施加脉冲电压来测量晶体管的工作速度，发现它的工作速度是现有双层电晶体管的8.5倍，创造了新的世界纪录。该团队还证实了这种晶体管能够精确地将输入波形转换为许多不同的输出波形——这是晶体管与神经形态人工智能设备兼容的先决条件。

本研究项目产生了一种新的陶瓷薄膜技术，能够快速充放电几纳米厚的双层电层。在创造实用、高速、节能的人工智能辅助设备方面，这是一项重大成就。这些设备与各种传感器(如智能手表、监控摄像头和音频传感器)相结合，有望为医疗、防灾、制造和安全等各个行业提供有用的工具。