Hybrid structure of silicon nanocrystals and 2D WSe2for broadband optoelectronic synaptic devices——IEDM 2018

作為即將到來的“超越摩爾”時(shí)代最重要的技術(shù)之一，神經(jīng)形態(tài)計(jì)算在很大程度上取決于突觸器件的發(fā)展。本文利用硼（B）摻雜硅納米晶體（Si NCs）的強(qiáng)寬帶光吸收和二維（2D）WSe2的高效電荷傳輸?shù)膮f(xié)同作用，制備了基于Si NCs和2DWSe2混合結(jié)構(gòu)的突觸器件。Si-NC/WSe2突觸器件可以感知從紫外（UV）到近紅外（NIR）的寬光譜區(qū)域內(nèi)的光學(xué)刺激，表現(xiàn)出重要的突觸功能。Si-NC/WSe2突觸器件的能耗可能低至~75 fJ。這項(xiàng)工作對(duì)利用豐富的半導(dǎo)體納米晶體和2D材料庫開發(fā)突觸器件具有重要意義。

從圖2中可以看出器件是先制備電極（溝道長寬為10/120μm），再轉(zhuǎn)移2DWSe2和Si NCs，作者這樣做的原因可能是增加光照面積，提升光響應(yīng)的靈敏度。在器件性能的測(cè)試部分，復(fù)合材料TFT的閾值電壓發(fā)生了左移（圖7），說明材料之間有載流子遷移， 重點(diǎn)闡述了一些重要突觸功能的測(cè)試結(jié)果。值得一提的是在測(cè)試突觸功能的時(shí)候，選擇的器件工作電壓在閾值電壓附近，也是為了保證最大的光響應(yīng)靈敏度。

最后，文章也對(duì)單次突觸事件的能耗做了計(jì)算，計(jì)算了單次突觸事件中光刺激的能量dE，計(jì)算公式如下：

dE=S×P×dt

其中，S為器件面積，P為入射光功率密度，dt為光脈沖持續(xù)時(shí)間。從圖8可以看出，532 nm入射光具有最低的能耗。在入射光P為1.25×10-3μW/cm2時(shí)，脈沖持續(xù)時(shí)間為20 ms，單次突觸事件的能耗最低約為75fJ。按照文章中給出的器件的參數(shù)淺算了下，功耗比文章中給的數(shù)據(jù)還低~不太清楚作者在計(jì)算的過程中采用的器件面積參數(shù)是什么，最終也沒有搞清楚功耗的計(jì)算邏輯。有算對(duì)的同學(xué)可以私信告訴我這功耗是怎么計(jì)算得到的~

審核編輯 ：李倩