德国研发具学习记忆能力的神经电晶体

德勒斯坦工业大学(TU Dresden)和Hemholtz中心设计了一种模拟神经元膜固有可塑性的神经电晶体，这种电晶体是透过用离子掺杂的熔凝胶矽酸盐薄膜涂覆矽奈米线来制造，能储存短期记忆并具备学习能力。

据Tech Xplore报导，由Eunhye Baek、Larysa Baraban等设计的神经电晶体利用了基于矽奈米线电晶体的电子电位生物感测器的特性。这类感测器可将离子或分子的电荷转换为电流。研究人员将能电子感应离子电荷的场效电晶体与溶凝胶膜结合在一起，从而能重新分配离子电荷。

该研究团队已在《Nature Electronics》上发表有关这种神经电晶体的论文。该团队成员在8吋绝缘层上覆矽(SOI)晶圆上使用CMOS制程制造了矽奈米线电晶体，然后用离子掺杂的矽酸盐薄膜涂覆奈米线器件，该薄膜是透过溶凝胶制程使用矽酸盐基前体和金属离子合成。

这种新型神经电晶体能储存短期记忆，因为溶凝胶膜会限制离子在其中的移动并在短时间内保持某些离子状态。由于这种独特的品质，溶凝胶膜使神经电晶体能产生独特的非线性输出动态。在神经元中，膜电位会导致离子电流发生S形变化。这种非线性动态特性还为其提供了先进的学习能力，使其很适合机器学习应用。

研究人员采用的设计策略，使神经电晶体能使用其细胞中定量的掺杂离子来获得稳定的输出动态。由于研究目标是模仿神经元的非线性运算，因此其神经电晶体可用于执行设备级分类，而无需进行数据后处理。这能以更低的能耗实现更强大的神经形态运算，因为在神经形态设备上运行的其他现有模式分类模型需要额外的软体运算。

该团队最终证明可从传统的场效电晶体甚至整个晶片开始，然后透过使用溶凝胶膜对其进行选择性修饰，将其转变为具全新功能的神经电晶体。透过模拟神经膜的可塑性，所用设计新策略可创建具先进学习能力的新型电子产品。