15、硫族化物材料在神经形态器件中的应用

硫族化物材料在神经形态器件中的应用

1. 人工突触：现状与挑战

在神经形态芯片的进一步发展中，对低功耗、超快响应时间的模拟/可塑性突触的需求极为迫切。研究人员采用基于AgInSbTe（AIST）的硫族化物材料作为电子突触，通过设计施加的脉冲方案，成功在基于AIST的电子突触中重现了生物突触的活动依赖性突触可塑性，包括四种STDP形式、尖峰速率依赖性可塑性（SRDP），甚至突触饱和。

然而，电导稳定性对网络训练和推理性能有显著影响。相变材料常见的状态漂移问题，成为阻碍人工突触和神经网络加速器发展的主要障碍之一。为解决这一问题，有人提出了相变异质结构（PCH），它具有低噪声、小漂移、长耐久性、快速开关和高能量效率等优点。具体操作是用交替沉积的限制材料（约3nm TiTe₂）和相变材料（约5nm Sb₂Te₃）组成的多层PCH取代有源相变层。通过迭代RESET操作（固定脉冲宽度20ns，脉冲幅度从1.95V到2.15V变化），器件实现了不同的结晶/非晶比，获得了九个能级状态，且漂移系数始终较低（v < 0.005）。与迭代RESET过程中突然的熔体淬火非晶化不同，累积SET操作导致电阻非线性降低，因为它是通过晶核孵化和后续生长完成的。40个相同的脉冲（0.8V和100ns）产生了高精度、小波动（约10%）的电导状态。

以下是相关操作步骤总结：
1. 制备多层PCH：交替沉积约3nm TiTe₂和约5nm Sb₂Te₃。
2. 进行迭代RESET操作：固定脉冲宽度20ns，脉冲幅度从1.95V到2.15V变化。
3. 执行累积SET操作：施加40个0.8V、100ns的相同脉冲。

2. 基于TS效应的人工神经元