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以下文章來源于西安交通大學材料學院 ，作者交小材

         ——基于有機電化學晶體管的均質化感存算一體硬件

感知-存儲-計算一體硬件顛覆傳統感存算分離馮諾依曼架構，是實時高效信息感知、處理和反饋一體化人工智能的基礎。然而，常用傳感/存儲/計算模塊異質集成策略在半導體材料和器件架構上的異質性使其在加工兼容性、電導匹配和集成密度等方面受到限制，且不適合于微型化AI系統的構建。開發基于有機半導體材料單一有機電化學晶體管（OECT）器件，同時實現多模態感知和存算功能，有望大幅減少模塊間信息傳輸、模數轉換帶來的延遲與能耗，提升加工兼容性與集成度。然而，OECT感知性能（易失性）和存算性能（非易失性）之間存在本質矛盾——感知功能需要低離子傳輸勢壘以實現離子快速穿梭，存算功能需要高離子傳輸勢壘以實現離子的長期存儲。

為了克服上述矛盾，實現均質化多感-存-算一體硬件，西安交大金屬材料強度國家重點實驗室馬偉教授課題組和香港大學電氣與電子工程系王中銳教授課題組等單位合作，設計了一種溝道高度結晶的，全貫穿垂直結構的有機電化學晶體管（cv-OECTs），這種器件基于離子-電子混合導體材料，其具有高度結晶和高深寬比的溝道。通過改變柵壓大小可選擇性控制離子注入勢壘不同的非晶/晶態相區，同時通過柵極界面過程控制，使器件可在易失性/非易失性模式間切換，并表現出優異綜合性能。作為傳感單元，其具有高開關比，和增益性能，65 mv/dec的低亞閾值斜率，可實現對多種高頻微弱電生理信號的實時感知。同時，該器件還可對、光、熱、化學等信號進行多模態感知，大大拓展了信息維度。作為非易失性人工突觸，其具有遠高于現有各類憶阻器，＞10-bit（1024）的模擬電導狀態數量，超低編程隨機性（△GDS2/σ2≈179）。在32倍動態范圍內，具有大于10000秒的電導狀態保持時間和低電導漂移。最后，研究人員設計了基于上述器件的均質化脈沖神經網絡硬件和儲蓄池計算系統，展示了圖像分類、條件反射、實時心臟疾病診斷等實際應用，對微型化邊緣計算AI系統的發展具有重要意義。

圖1. cv-OECT的器件結構，溝道材料/形貌與工作機理。

圖2. cv-OECT的易失傳感特性。

圖3. cv-OECT的非易失存內計算特性及神經網絡。

圖4. cv-OECT的感存算均質化集成。

相關研究結果以《單電化學晶體管用于多模態感知，存儲與處理》(An organic electrochemical transistor for multi-modal sensing, memory and processing)為題在線發表在《自然電子》(Nature Electronics)上，西安交大材料學院博士生王世杰和香港大學電氣與電子工程系博士生陳曦為文章共同第一作者，馬偉教授和香港大學王中銳教授為共同通訊作者。西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室為第一通訊單位。文章合作者還包括西安交通大學馬恩教授，張偉教授和李桃教授，西安科技大學的李宇翔教授。該工作獲得美國勞倫斯伯克利國家實驗室，美國桑迪亞國家實驗室重點評述得到了國內外專家的廣泛肯定。《自然電子》期刊同時還發表了由美國桑迪亞國家實驗室A. Alec Talin教授署名的題為《一種隨需應變的有機器件》(An organic device with volatility on demand)的專題評述文章，評論認為“精確可調的突觸和傳感組合行為，在發展只有生物神經網絡具有的感知和學習多功能模擬電路中價值巨大，使用該器件構成神經網絡陣列可以最大限度地減少模數轉換和信息傳輸所帶來的能耗和延遲。同時該器件本征柔性、環境穩定性和低成本在腦機接口領域也具備良好的應用前景”。