客户成果丨河南师范大学《AFM》：层状宽带隙半导体GaPS4作为高温人工突触应用中的电荷捕获介质

随着人工智能逐渐取代生物劳动，突触器件对恶劣环境的适应性要求越来越高，例如高温、高压和高湿。不幸的是，大多数突触器件在高温下表现出较短的保留时间，导致诸如数据丢失、信息错误或切换挑战等问题。探索新的材料和结构对于开发在恶劣环境下具有优异性能的可靠突触器件至关重要。在过去的十年中，由于其特殊的结构稳定性和显着的电学性能，2D MoS2在电荷俘获突触晶体管沟道中的应用引起了极大的关注，显著提高了电子器件的稳健性水平。然而，电子俘获寿命随着温度升高而降低，这将导致高温下突触功能障碍。

针对以上问题，近日，河南师范大学闫勇副教授、夏从新教授和刘玉芳教授团队提出了一种高可靠的2D MoS2/GaPS4 人工突触器件，即使在暴露于400 ℃后也能保持其功能。

图1. MoS2/GaPS4忆阻晶体管的示意图

图2. MoS2/GaPS4工作机制的示意图

图3. MoS2/GaPS4高温存储性能

该团队将宽禁带二维半导体GaPS4作为电荷捕获层，在高温下其内部缺陷态展宽，有效减小了缺陷态与MoS2通道费米能级之间的能量差，增加了GaPS4和MoS2之间电荷捕获的可能性。因此，MoS2/GaPS4异质结器件在400 ℃的高温环境中记忆性能仍显著提高，记忆保持时间高达1000 s，存储容量为200个状态。随着学习周期增加，基于突触器件的神经网络的识别精度从≈55.23%提高到≈93.88%。系统级模式识别的高精度表明本文的器件在设计高温神经形态计算系统方面具有巨大的潜力。

图4. MoS2/GaPS4高温突触性能

研究成果于2024年1月25日以“Layered Wide Bandgap Semiconductor GaPS4 as a Charge-Trapping Medium for Use in High-Temperature Artificial Synaptic Applications”为题，发表在 Advanced Functional Materials。河南师范大学物理学院曹丁文博士为论文第一作者，闫勇副教授，夏从新教授和刘玉芳教授为论文共同通讯作者。该项研究得到了教育部、基金委等项目的资助。

论文信息：

https://doi.org/10.1002/adfm.202314649

该研究中使用托托科技UV Litho无掩膜光刻机完成了器件的制备工作。