通过调节两个相邻神经元之间的连接，具有逐步传导调制的忆阻器，可以同时存储和处理类似于生物学突触的信息。然而，开发高稳定性、高均匀性、低功耗的忆阻器件是神经形态计算领域的一大挑战。本文以多层石墨烯薄膜为底部电极，制备了具有Ta/Ta2O5/AlN/石墨烯结构的双端忆阻器。该器件在直流扫描电压下具有稳定的电气特性。更重要的是，该忆阻器可以完全模拟生物突触的功能和可塑性，包括与时间相关的可塑性，以及兴奋性突触后电流等。通过具有0.8 V振幅和50 ns宽度的脉冲，器件在写入事件时能量值可以低至37飞焦耳，这进一步证明了器件消耗功率低。根据电流-电压曲线的拟合结果，该传导机理主要是由于陷阱辅助隧穿导致。Ta/Ta2O5/AlN/石墨烯忆阻器为实现稳定、低功耗的人工突触神经形态计算提供了极好的材料。
Fig. 1 (a) Ta/Ta2O5/AlN/石墨烯器件结构示意图。(b) Ta/Ta2O5/AlN/石墨烯在扫描100次时的I-V曲线。
Fig. 2 (a-b)在直流模式下，0-3V-0正电压连续扫描5次，0-4V-0负电压连续扫描5次。(c)提取(a-b)中的电流和电压数据，绘制与时间的关系。(d)抗性的统计分布。(e) 5×104个脉冲周期的耐久性能。
Fig. 3 调整不同参数的正/负双向脉冲序列对忆阻器电导的影响。(a-b)不同电压幅值对电导调制的影响。(c-d)不同脉冲间隔对电导调制的影响。(e-f)不同脉冲宽度对电导调制的影响。
Fig. 4 (a)突触前脉冲刺激产生的EPSC特性。(b)不同脉冲持续时间的突触前脉冲触发EPSC，脉冲幅度为2V。(c)不同电压下程序设计脉冲产生的EPSC。(d)在同一脉冲下分别施加5、15、50个脉冲下，获得的EPSC衰减。
Fig. 5 机理解释。(a-b) TAT机制。(c-d)对I-V曲线的LRS和HRS进行拟合。(e-I)对于五个连续正电压扫描周期的I-V曲线，进行周期1到周期5的拟合曲线。
相关研究成果于2020年由新加坡国立大学Jingsheng Chen课题组，发表在Journal of Materials Chemistry C (DOI: 10.1039/D0TC00316F)上。原文：Memristors Based on Multilayer Graphene Electrodes for Implementing a Lowpower Neuromorphic Electronic Synapse。
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