Month: March 2023

近期，一组最新生产下线的歼-20照片引发国内外媒体关注，这批歼-20战斗机最引人注目的地方，就是他的雷达罩为红色底色。一般而言，雷达罩的变化，就预示着战机的雷达出现了改进或者更换，毕竟不同尺寸、不同材料、不同功率、不同运行温度的雷达天线，需要不同的雷达罩来匹配。因此，这批歼-20战斗机显然更换了更为先进的雷达；而且此次雷达更换的测试明显已经完成，毕竟这批红头歼-20战斗机一口气就造了多架，光是照片里就有4架停放在机棚内。 (more…)

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铁电材料具有非易失的自发极化，极化的场致反转机制使铁电存储器件的功耗远低于其他类型的存储器件。并且，铁电材料的自发极化可以在外加电场的调控下进行方向上的反转。通过控制外加电场的振幅和时间，可以精确获得铁电极反转过程中的连续变化状态，并且这些中间极化态也是非易失的。以上的非易失、低功耗、易操控等特点使得铁电存储在构建高效忆阻器件和存算一体芯片上具有巨大潜力。 近期（2021-04），华东师范大学极化材料与器件教育部重点实验室段纯刚教授和田博博研究员课题组展示了铁电突触晶体管的神经网络可以实现联想学习任务。铁电聚合物中丰富的极化反转动力学赋予了有机铁电突触晶体管较为完备的Hebbian突触可塑性，可以在同一器件中实现脉冲频率依赖可塑性（SRDP）和脉冲时间依赖可塑性（STDP）。将铁电突触晶体管用于神经元的连接，可以仿生完成兴奋性神经元之间连接强度的自主性增强。基于此特性，该课题组设计了可以实现联想学习功能的突触晶体管阵列，并分别演示了巴甫洛夫的狗听铃铛分泌唾液、盘子联想到厨房和从残缺数字回想起完整数字的任务。该工作以“Ferroelectric synaptic transistor network for associative memory”为题发表于Advanced Electronic Materials （https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aelm.202001276）。华东师范大学闫梦阁博士生、朱秋香副教授和华中科技大学王思琪硕士生为论文共同第一作者，华东师范大学田博博研究员为通讯作者。   图文导读： 铁电材料的非易失、低功耗、易操控等特点使得铁电存储在构建高效忆阻器件和存算一体芯片上具有巨大潜力。铁电聚合物是一种性能稳定、价格低廉的有机铁电材料。铁电聚合物的铁电极化在纳米厚度的薄膜中依旧稳定存在，其极化强局域电场可以对半导体材料的费米能级进行有效的非易失调控。铁电聚合物栅的晶体管被当作忆阻器件来模拟生物突触功能，因此也被称作铁电突触晶体管。在本工作中，作者利用铁电聚合物中丰富的极化反转动力学，在有机铁电突触晶体管单一器件中同时实现SRDP和STDP等较为完备的Hebbian突触可塑性。并将铁电突触晶体管应用于神经网络，实现联想学习的任务。 图1（a）基于铁电聚合物的三端突触晶体管结构。（b）铁电聚合物在不同振幅电场下的电滞回线。（c）铁电极化畴调控的沟道电导回滞。（d）沟道电导在脉冲激励下的渐变调节。 图2铁电聚合物中存在的非晶态区域在铁电畴中引入较大的退极化场，从而丰富了铁电聚合物的极化反转动力学。（a）铁电聚合物的极化畴畴壁在脉冲电场激励和撤销时的瞬态蠕动。（b）铁电聚合物在不同频率下的电滞回线。短周期三角波电场激励下的反转极化可以被弛豫到原来状态，长周期三角波电场激励下的反转极化具有非易失性。（c）沟道电导和栅介质层中铁电极化在栅电压脉冲串激励过程中的瞬态响应。（d）栅介质层中铁电极化在单个栅电压脉冲激励和撤销时的瞬态响应，动力学过程符合KAI模型。 图3有机铁电突触晶体管中的Hebbian突触可塑性。（a-c）脉冲频率依赖可塑性（SRDP）。（d-f）脉冲时间依赖可塑性（STDP）。（g-j）不同类型突触器件性能对比。有机铁电突触晶体管显示了优异的耐疲劳（g）、可3D集成（h）、超低功耗（i）和覆盖生物脑工作频率（j）等特性。有机铁电突触晶体管的单操作能耗小于1fJ。 图4巴甫洛夫的狗听铃铛分泌唾液。（a）将铁电突触晶体管用于神经元的连接，可以仿生完成兴奋性神经元之间的权重连接和连接强度的增强。（b）具有联想学习功能的突触晶体管阵列电路图。（c-f）训练前（c）、中（e）、后（f）电路对铃铛和骨头的响应以及训练过程中器件电导的演变（d）。 图5盘子联想到厨房。（a）可以识别厨房和办公室的单层神经网络示意图。同时输入盘子、桌子和凳子的信号时判断出厨房。同时输入桌子、凳子和笔记本电脑的信号时判断出办公室。（b）在识别层前加入联想学习功能层的神经网络，通过学习后可以实现盘子联想厨房的功能。（c）基于突触晶体管阵列的联想学习功能层电路结构。（d）联想学习功能层的突触晶体管阵列在训练学习前后的沟道电导状态分布。 图6...

铁电场效应晶体管作为一种新兴电子信息器件在非易失存储和神经形态计算等方面有广泛的应用前景。在同一种器件结构中实现电学可重构的逻辑存储复合功能是实现存储—逻辑存算一体片上集成的关键技术，是目前铁电器件的前沿研究热点。目前报道的铁电器件可重构性机制主要来自极化电畴对二维材料的互补静电掺杂。 近日，Advanced Materials在线发表了中南大学物理与电子学院孙健教授课题组与粉末冶金国家重点实验室张斗教授课题组合作论文“Reconfigurable Quasi-Nonvolatile Memory/Subthermionic FET Functions in Ferroelectric–2D Semiconductor vdW Architectures”。这项工作在可重构性范德华异质结构铁电晶体管通过界面调控实现了功能可重构新机理。中南大学物理与电子学院王众望博士、刘晓迟副教授、粉末冶金国家重点实验室周学凡博士为论文共同第一作者。罗行副教授和孙健教授为论文共同通讯作者。此研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、湖南省人才计划等资助支持。  图1. BiT铁电纳米片的晶体结构，铁电性能表征。  图2. MoS2—BiT范德华异质结构铁电晶体管器件。工作使用的铁电材料是熔盐法制备的Bi4Ti3O12（BiT）氧化物铁电单晶纳米片（图1）。BiT的铁电性通过PFM测量得以验证，利用铁电工作站在BiT电容器中测得BiT在垂直面内的方向有着接近5 μm/cm2的铁电剩余极化强度。氧化物中普遍存在氧空位，实验通过XPS测试验证了BiT中存在着氧空位。BiT的表面平整可以通过范德华堆叠技术与二维材料集成，进而构建MoS2—BiT范德华异质结构铁电晶体管器件（图2）。  图3. BiT氧空位在电场的迁移行为，以及造成的非易失铁电晶体管存储特性。 图4. 非易失铁电晶体管存储器的神经可塑性能。由于界面氧空位存在，铁电晶体管初始的性能受到氧空位对沟道电子捕获、释放过程的影响。阈值电压发生漂移，铁电极化对沟道的调控被掩盖，器件表现处易失的短程存储性能。文章讨论了在栅压应力下，BiT与MoS2界面处的氧空位对MoS2沟道电子的捕获/释放动力学过程的调控行为。实验发现了在大的负栅压应力作用下，界面处的带电氧空位会出现远离界面的迁移行为。文章中通过施加了-100伏特的大栅压脉冲促使带电氧空位从与二维半导体的界面迁移到与金属栅极的界面，金属栅极内的电子可以隧穿进入BiT中，中和氧空位使其失去迁移性。从而使得器件表现出非易失长程存储器性能（图3）。这种非易失铁电存储功能同时展现出了优异的神经可塑性能，可以用作神经形态计算（图4）。相较忆阻器人工突触器件，铁电晶体管具有高对称和高线性的PSC增强抑制行为。  图5. 界面带点氧空位对铁电畴壁的钉扎效应，以及重构处的负电容晶体管特性。通过施加负栅压极化BiT，铁电极化电荷会调节界面处的费米能级下移造成氧空位释放电子，使得界面处带点氧空位浓度增高。当将器件温度降至100 K可以减小氧空位的迁移率，促使其和铁电畴壁发生相互作用，进而钉扎界面处的铁电畴使其丧失铁电性。这样就在器件中重构出了“铁电—绝缘层—半导体”的近似负电容晶体管结构。实验中在降温过程中观测到了器件转移特性滞回窗口的逐渐减小直至消失。同时器件的亚阈值摆幅降至接近60 mV/dec。将器件恢复至室温，界面处的铁电畴钉扎不会被解除，器件依旧保持无滞回转移特性，同时测到的亚阈值摆幅小于热发射的极限达到46 mV/dec。这是铁电晶体管中存储—负电容晶体管功能重构性的首次实验报道，为未来可重构铁电晶体管的发展提供了崭新的研究思路。原文链接 Zhongwang Wang#, Xiaochi...