Transistor synaptique analogique avec film mince ferroelectrique HfO2 dopé à l'aluminium

Le calcul neuromorphique a suscité une attention significative parce qu'il peut surmonter les limitations du système de calcul von-Neumann actuel. Les dispositifs synaptiques analogiques sont essentiels pour réaliser des dispositifs neuromorphiques artificiels basés sur le matériel ; cependant, seulement quelques études systématiques concernant à la fois les matériaux synaptiques et les structures des dispositifs ont été menées jusqu'à présent, et donc, d'autres recherches sont nécessaires dans cette direction. Dans cette étude, nous démontrons les caractéristiques synaptiques d'un transistor à film mince (FeTFT) basé sur un matériau ferroelectrique qui utilise un basculement partiel de la polarisation ferroelectrique pour réaliser une modulation de conductance analogique. Pour un matériau ferroelectrique, un film mince d'oxyde de hafnium dopé avec de l'aluminium (HfO2 dopé à Al) a été préparé par dépôt de couches atomiques. En tant que dispositif synaptique analogique, notre FeTFT a réussi à émuler les caractéristiques de plasticité à court terme et de plasticité à long terme, telles que la facilitation par impulsions jumelées et la plasticité dépendante du timing des pics. De plus, nous avons obtenu des mises à jour de poids de potentiation/dépression avec une grande linéarité, un rapport on/off, et une faible variation d'un cycle à l'autre en ajustant l'amplitude et le nombre de pulsations d'entrée. Dans la simulation formée avec des conditions de potentiation/dépression optimisées, nous avons atteint une précision de reconnaissance de motifs d'environ 90 % pour le jeu de données manuscrites du National Institute of Standards and Technology (MNIST). Nos résultats ont indiqué que les transistors ferroelectriques peuvent être utilisés comme une synapse artificielle alternative.