A Hybrid Process for Integration of Organic Electrochemical Transistors for High Uniformity & Reliability
提出一种结合正交光刻与喷墨打印的有机电化学晶体管混合制造工艺，实现高均匀性与高可靠性，并分析其对器件缩放和电路集成的优势。
2024-04-19 physics.app-ph
Ferroelectric Materials for Synaptic Transistors and Their Neuromorphic Applications
本文综述了用于突触晶体管的四类主流铁电材料体系的原理、研究进展、类脑优化方向及应用进展，明确各体系适用范围以助力按需选材。
2024-06-20 cond-mat.mtrl-sci cs.ET physics.app-ph
High Performance TiO2 Ferroelectric Field Effect Transistors with HfZrO2 for Neuromorphic Computing
University of Delaware（特拉华大学）；United Semiconductors（联合半导体）
本文研究了采用HfZrO2铁电介质层和底部栅极拓扑结构的TiO2铁电场效应晶体管，通过改变铁电栅极堆叠厚度和源漏长度及栅长，实现了高开关比和低漏电流的高性能器件，具有大记忆窗口和高可靠性。
2026-05-19 physics.app-ph
The Non-Ideal Organic Electrochemical Transistors Impedance
有机电化学晶体管为生物传感器和神经启发电子器件提供了强大的功能，但对这种电化学器件的时间依赖性行为仍有很多了解。在这里，我们报告的分布式元件建模的阻抗，这样的微加工设备，系统地进行下一个大的浓度变化KCl（aq）和氯化钙（aq）。我们提出了一个新的模型，它考虑到三个主要的偏差，理想的，系统地观察，所造成的材料和设备的复杂性，在大的频率范围内（1 Hz至1 MHz）。除了引入更多的自由度外，这些非冗余参数的引入以及它们作为电解质浓度和施加电压的函数的行为的研究更详细地描述了OECT的工作原理。该优化模型可以进一步用于改善OECT在许多应用（例如生物传感器、神经启发设备）和电路仿真中的性能。
2019-05-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Transient current responses of organic electrochemical transistors: Evaluating ion diffusion, chemical capacitance, and series elements
本研究针对有机电化学晶体管开关时间影响机制问题，建立栅压阶跃瞬态响应的物理-电化学模型，明确离子扩散、化学电容等的作用，分类电流响应类型并经仿真验证，为其在神经形态等领域的应用提供理论支撑。
2024-10-09 physics.app-ph
An electrochemical thermal transistor
在纳米级主动调节热流的能力可能会改变热管理和能量收集应用的游戏规则。这样的突破还可以使得能够以类似于电子电路的方式使用热电路来控制热流。在这里，我们展示了一个数量级的热开/关比，可逆的电化学锂嵌入在二硫化钼薄膜的基础上，可切换的热晶体管。我们使用空间分辨的时域热反射来绘制设备操作期间的锂离子分布，并使用原子力显微镜来显示锂化状态与厚度和表面粗糙度的增加相关。第一性原理计算表明，热导调制是由于声子散射的锂rattler模式，c轴应变，和堆叠无序。本研究为电化学驱动的纳米级热调节器奠定了基础，并建立了热计量学作为一个有用的探针的时空嵌入动力学的纳米材料。
2019-01-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
The Electrochemical Transistor: a device based on the Electrochemical control of a polymer Polaronic state. The PCPDT-BT as a case study
提出一种融合固态电路与三电极电化学电池的电化学晶体管，以 PCPDT-BT 兼作栅极和工作电极，并通过 EIS 与原位 ATR 红外光谱证实其电导来自电位诱导的极化子态。
2024-02-28 cond-mat.soft physics.app-ph
Novel Concepts for Organic Transistors: Physics, Device Design, and Applications
除了传统的有机薄膜晶体管，本论文探讨了第四波有机电子学的可能途径。在这种情况下，混合离子电子导体和有机电化学晶体管（OECTs）被确定为非常有前途的方法，使电子生物界面的生物信号的超灵敏检测。此外，这些系统显示了生物突触的基本特性，即突触可塑性，这使得建立大脑启发的神经形态网络的可能性，从而实现高效的计算。特别是，OECT作为传感器单元和自学习神经网络的组合，使医疗应用的智能标签的发展。总体而言，本论文为有机电子学领域增添了新的视角，并对进一步的研究和应用提出了展望。垂直有机晶体管领域的进步为有机晶体管在高分辨率AMOLED显示器或射频识别标签中的实现开辟了新的前景。此外，OECTs在类脑计算中的探索将在物理学、材料学和计算机科学等学科中开辟一个全新的研究领域。
2021-11-17 cs.ET physics.app-ph
Flexible complementary logic circuit built from two identical organic electrochemical transistors
以共轭聚合物为活性材料的有机电化学晶体管（OECT）是有机生物电子器件的基本单元。增加的功能，如低功耗，可以通过构建具有两个或更多个OECT的互补电路来实现。互补电路通常结合p型和n型晶体管以降低功耗。虽然p型OECT是容易获得的，但n型OECT不太常见，这主要是由于n型有源沟道材料在水性电解质中的稳定性差。此外，基于OECT的互补电路需要在p型和n型材料中良好匹配的传输特性。这里，在两个晶体管中使用具有聚苯胺（PANI）作为沟道材料的一对OECT来制作互补电路。选择PANI是由于其独特的行为，当用作OECT中的有源沟道时，其表现出电流与栅极电压的峰值。基于聚苯胺的电路被示出具有良好的性能，增益为~ 7，并且可以被转移到柔性生物相容性壳聚糖基板上，在水性电解质中具有示范操作。这项研究扩展了共轭聚合物为基础的OECTs的能力。
2020-06-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Bistable Organic Electrochemical Transistors: Enthalpy vs. Entropy
本文提出热力学框架，通过焓与熵的相互作用解释OECT双稳态的物理起源，并据此实现单器件施密特触发器，推进了OECT在非传统计算中的应用。
2024-08-09 physics.app-ph
Fully 3D-Printed Organic Electrochemical Transistors
有机电化学晶体管（OECT）目前正在研究各种应用，从传感器到逻辑和神经形态硬件。制造过程必须与灵活和可扩展的数字技术兼容，以满足这种广泛的应用。在这里，我们报告了一种直接写入添加剂工艺来制造完全3D打印的OECTs。我们开发了3D打印导电，半导体，绝缘和电解质油墨来实现这一目标。在耗尽模式下工作的3D打印OECTs可以在薄而柔性的基板上制造，从而获得高的机械和环境稳定性。我们还为OECT基板开发了一种可3D打印的纳米纤维素配方，展示了完全3D打印电子设备的首批示例之一。良好的多巴胺生物感测能力（在没有金属栅电极的情况下，检测极限低至6 μ M）和长期（~1小时）突触响应强调了本发明的OECT制造策略适合于需要快速设计改变和数字化使能的直接写入技术的各种应用。
2022-09-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Why accumulation mode organic electrochemical transistors turn off much faster than they turn on
本研究通过工况光学显微镜揭示了积累模式OECTs关断快于开启的机制，发现开启分两阶段而关断仅一阶段，并指出离子传输是限制器件速度的关键因素，为设计更快的OECTs提供了指导。
2023-05-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Cation Discrimination in Organic Electrochemical Transistors by Dual Frequency Sensing
在这项工作中，我们提出了一种策略，以感测定量和具体的阳离子，出一个单一的有机电化学晶体管（OECT）设备暴露于电解质。从六种不同的氯化物盐超过12个不同的浓度的系统研究，我们表明，OECT设备的阻抗是由在低频下的沟道去掺杂和在高频下的电解质栅极电容耦合。特定的阳离子特征，其来源于阳离子行为对聚（3，4-亚乙基二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT：PSS）聚合物的不同影响及其在水中的电导率，允许它们在相同的摩尔浓度下进行区分。在不同频率下对设备阻抗的动态分析可以允许识别特定的离子流，这在生物电子学中可以有很大的用途，以进一步解释生物介质中的复杂机制，例如大脑中的复杂机制。
2018-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Threshold Voltage Control in Dual-Gate Organic Electrochemical Transistors
基于聚（3，4-乙撑二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT：PSS）的有机电化学晶体管（OECTs）是有机生物电子学领域的一个基准系统。特别是，优异的机械性能和离子-电子转换为可植入或可穿戴传感技术领域带来了极好的潜力。然而，耗尽模式工作的PEDOT：PSS基OECT会导致电子电路中的高静态功耗，限制了其在电子系统中的应用。因此，对阈值电压进行控制具有最大的技术重要性。在这里，我们展示了PEDOT：PSS为基础的双栅极OECT与固态电解质的阈值电压是无缝可调的操作过程中。我们表明，阈值电压调谐的程度线性地依赖于栅极电容，这是一个简单的方法，电路设计人员调整阈值电压仅由设备的尺寸。基于PEDOT：PSS的双栅极OECT显示出出色的器件性能，并且可以被推到累积模式操作，从而简化和放松互补反相器的设计。
2023-01-11 cond-mat.soft physics.app-ph
Switching response and ionic hysteresis in organic electrochemical transistors
本文研究有机电化学晶体管中离子与电子动力学导致的滞后效应，通过解析模型、2D漂移-扩散模拟和P3HT OECT实验，开发通用传输线模型，基于弛豫时间对瞬态响应和滞后效应进行分类。
2024-04-26 physics.app-ph
A Single n-type Semiconducting Polymer-Based Photo-Electrochemical Transistor
该研究利用单一n型半导体聚合物薄膜的光吸收可逆调节电化学电位和电导率，构建了n型光电化学晶体管，并展示了其在光电容积脉搏波记录、光控电路和人工突触等生物医学应用中的潜力。
2023-05-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A high aspect ratio Fin-Ion Sensitive Field Effect Transistor: compromises towards better electrochemical bio-sensing
下一代药物的开发需要更灵敏和可靠的无标记传感，能够应对日益增长的多路复用需求和更短的结果时间。基于场效应晶体管的生物传感器成为弥补现有差距的主要可能技术之一。传感器的总体趋势是智能化，期望提高灵敏度和响应时间，但存在再现性和噪声水平的问题。在这里，我们提出了一个鳍式场效应晶体管（FinFET）具有高的高宽比的电化学生物传感解决问题的纳米传感器的再现性和噪声，同时保持快速的响应时间。我们制造了不同的设备，并表征了它们的性能与它们的pH值的变化，适合能斯特-泊松模型的响应。将实验数据与不同深宽比器件的模拟结果进行了比较，证实了深宽比越大的FinFET在总信号和线性度方面越有优势。此外，这些FinFET有望在检测极限方面优化可靠性和效率，其中传感器的尺寸和几何形状与分析物扩散的相互作用起着关键作用。
2019-01-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Rational Materials Design for In Operando Electropolymerization of Evolvable Organic Electrochemical Transistors
本文结合分子动力学模拟与单体—衬底组合实验，揭示界面相互作用对原位电聚合有机电化学晶体管中聚合物横向成沟的调控机制，为柔性神经形态突触器件的材料设计提供依据。
2024-01-18 cond-mat.soft physics.app-ph
2D MXene Electrochemical Transistors
本文首次展示了利用 MXene 二维材料的混合离子-电子特性实现电化学晶体管，证明有机 ECT 公式可迁移用于提取迁移率等参数，并通过电导开关与原位/非原位电化学测量关联电导与氧化还原态，为超越导电聚合物 ECT 的二维晶体管发展开辟了新方向。
2024-01-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electron-Ion Coupling Breaks Energy Symmetry in Bistable Organic Electrochemical Transistors
本文通过X射线散射与光谱技术研究PEDOT:PSS与离子液体的耦合，揭示OECT双稳态源于掺杂/去掺杂过程中电子-离子直接相互作用导致的不对称路径依赖能量学，表明电解质是调控器件功能的重要杠杆。
2025-11-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Low-power/high-gain flexible complementary circuits based on printed organic electrochemical transistors
准确提取低幅度电压信号的能力在多个领域至关重要，从一次性诊断和医疗技术到机器人和物联网。有机电化学晶体管在低工作电压下具有较大的介电常数，是监测小信号的理想选择。它的大跨导将微小的栅极电压变化转化为漏极电流的显著变化。然而，还需要电流-电压转换以允许适当的数据采集和信号处理。低功耗、高放大率以及灵活、低成本载体上的可制造性对于目标应用也至关重要且备受期待。在这里，我们报告低功耗和高增益的柔性电路的基础上印刷互补有机电化学晶体管（OECTs）。我们利用p型和n型增强型OECT的低阈值电压来开发互补电压放大器，该放大器可以检测低至100 $μ$ V的电压，增益为30.4 dB，功耗< 2.7 $μ$ W（单级放大器）。在最佳工作条件下，归一化到功耗的电压增益达到169 dB/ $μ$ W，比最先进的基于OECT的放大器大50倍以上。在两级配置中，互补电压放大器达到193 V/V的DC电压增益，这是在低于1 V的电源电压下工作的新兴CMOS类技术中最高的。我们的研究结果表明，基于印刷OECT的灵活互补电路定义了一个高能效平台，用于在几个新兴的超硅应用中检测和放大低幅度电压信号。
2021-06-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Concentric-electrode organic electrochemical transistors: case study for selective hydrazine sensing
我们报告肼敏感有机电化学晶体管（OECTs）的设计包括在同心环形电极。这些OECT的设计工程的动机是在生物电子学等领域使用OECT传感阵列的巨大潜力。在这项工作中，PEDOT：PSS为基础的OECTs已被研究为水的传感器，特别是敏感的致命肼分子。这些电流型传感器具有许多用于肼传感器的开发的相关特征，例如灵敏度低至10-5 M的肼在水中，对肼的选择性比对9种其他水溶性常见分析物的选择性高一个数量级，在水冲洗后完全恢复其基本信号的能力和非常低的电压操作。我们的OECT检测肼的特异性是由其在栅电极处的催化氧化引起的，并且能够增加器件的输出电流调制。这使得整个系列的80微米的OECT设备与亚20纳米PEDOT：PSS层，通道长度下降到1微米和共面和同心电极的特定设备的几何形状的设备几何形状的研究。众多的几何形状揭示了OECT机制的新方面，该机制控制着设备的电化学感测行为，更具体地说，是在微观尺度上固有的接触的影响。通过降低器件串扰，微米门集成径向OECT将有助于减少读出侵入性，从而促进OECT生物传感器的进一步发展。
2017-07-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Single wavelength operating neuromorphic device based on a graphene-ferroelectric transistor
针对全光学非热单波长神经形态计算的挑战，提出基于石墨烯-铁电晶体管的光学单色信号处理方法，利用光铁电基底的光伏效应实现多级突触可塑性，其低功耗原型器件响应速度比脑组织快两个数量级以上。
2024-01-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Local Multimodal Dynamics in Mixed Ionic-Electronic Conductors and Their Fingerprints in Organic Electrochemical Transistor Operation
Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), The Barcelona Institute of Science and Technology (BIST)（巴塞罗那生物工程研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；Center for Nano Science and Technology, Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工学院纳米科学和技术中心）；Laboratory of Organic Electronics, Department of Science and Technology (ITN), Linköping University（林雪平大学科技学院有机电子实验室）；Department d'Enginyeria Electrònica i Biomèdica, Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学生物医学电子工程系）；Center for Nanophase Materials Sciences, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室纳米相材料科学中心）
研究揭示混合离子-电子导体中局部多模态动力学及其在OECT操作中的指纹，通过电化学阈值和静电力机制提供新的理解框架。
2026-01-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Synergistic Effect of Multi-Walled Carbon Nanotubes and Ladder-Type Conjugated Polymers on the Performance of N-Type Organic Electrochemical Transistors
本文通过将多壁碳纳米管与梯型共轭聚合物BBL协同结合，开发出电子迁移率提升一个数量级以上、响应时间低至15 ms的创纪录高性能n型有机电化学晶体管，并实现了增益大于16、功耗低于1 uW的互补反相器。
2024-01-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ion exchange gels enhance organic electrochemical transistor performance in aqueous solution
基于共轭聚合物的有机电化学晶体管（OECTs）正在研究从生物化学传感到神经接口的应用。虽然正在开发新的共轭聚合物，可以将数字电子产品与生命的水化学物质相结合，但过去几十年开发的绝大多数高性能，高迁移率有机晶体管材料在吸收生物相关离子方面非常差。在这里，我们将离子交换凝胶到OECT中，证明这种结构能够从溶液中吸收生物相关的离子，并将更大、更疏水的离子注入到多个疏水共轭聚合物中的底层聚合物半导体活性层中。使用聚[2，5-二（3-十四烷基噻吩-2-基）噻吩并[3，2-b]噻吩]（PBTTT）作为模型半导体活性层和离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺（BMIM TFSI）和聚乙烯偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）作为离子交换凝胶，我们证明了OECT装置的灵敏度提高了四个数量级以上，离子注入动力学提高了一百倍。我们证明了离子交换凝胶OECT记录生物信号的能力，通过测量的捕蝇草植物的动作电位。这些结果显示了使用界面工程来开辟更广泛的有机半导体材料作为可以通过水溶液门控的OECTs的可能性。
2019-09-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Metaplastic and Energy-Efficient Biocompatible Graphene Artificial Synaptic Transistors for Enhanced Accuracy Neuromorphic Computing
当涉及到并行数据存储和处理时，采用冯·诺依曼架构的基于CMOS的计算系统相对有限。相比之下，人类大脑是一个活的计算信号处理单元，它以极高的并行性和能量效率运行。尽管在过去十年中出现了许多神经形态电子设备，但它们中的大多数都是刚性的或包含对生物系统有毒的材料。在这项工作中，我们报告了生物相容性双层石墨烯为基础的人工突触晶体管（BLAST）能够模仿突触行为。BLAST设备利用干离子选择性膜，实现长时程增强，开关能量效率约为50 aJ/m^2，比以前关于二维材料人工突触的报道低至少一个数量级。这些设备显示出独特的亚塑性，这是可推广的深度神经网络的一个有用功能，我们证明了亚塑性BLAST在经典图像分类任务中优于理想的线性突触。由于开关能量远低于每个生物突触估计的1 fJ能量，所提出的设备是生物接口在线学习的有力候选者，弥合了人工神经网络和生物神经网络之间的差距。
2022-03-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Carbon-based Microfabricated Organic Electrochemical Transistors Enabled by Printing and Laser Ablation
本研究提出一种无需洁净室与光刻的增材-减材复合微加工策略，采用可降解材料室温制备碳基柔性OECTs，兼具高分辨率、结构多样性与环保可降解性，为可持续有机电子快速原型制备提供新路径。
2025-07-29 physics.app-ph
Electrochemical Glucose Sensor using Single-Wall Carbon Nanotube Field Effect Transistor
在本文中，我们提出了一种简单而敏感的方法，葡萄糖传感器使用碳纳米管场效应晶体管（CNTFET）为基础的。碳纳米管分散良好，形成碳纳米管网络，并保持碳纳米管之间的功能连接，这增加了通过网络的电子转移，因此，电子读出。此外，葡萄糖氧化酶（GOx）分子固定的CNT功能化，形成有效的和敏感的CNT网络作为FET沟道。CNT用连接体（1-芘丁酸琥珀酰亚胺酯）官能化以在CNT上形成GOx，其中GOx用作CNT和葡萄糖之间的介体用于电子转移。通过在CNTFET沟道中释放额外的电子，液体分析物葡萄糖经由GOx和连接体吸附在CNT上，从而增加CNTFET读出电流。目标葡萄糖分子与GOx的结合模拟FET沟道的栅极电位，并且实时记录传感器的电子响应。此外，观察到CNTFET生物传感器的电子读数的变化，并规定由于每个设备上的CNT分散的变化。总的来说，这项工作提出了一个简单，快速，灵敏，低成本，低浓度（0.01 mM）的葡萄糖检测使用CNTFET传感器。
2020-06-08 physics.app-ph physics.chem-ph
Vertical Organic Thin-Film Transistor with Anodized Permeable Base for Very Low Leakage Current
有机可渗透基极晶体管（OPBT）是目前最快的有机晶体管，其过渡频率为40 MHz。它依靠一个薄的铝基电极来控制晶体管电流。该电极被用于钝化的天然氧化物层包围，目前通过空气中的氧化产生。然而，该工艺不可靠，并且导致样品之间的大的性能变化、缓慢的生产和相对高的漏电流。在这里，我们证明了第一次，电化学阳极氧化可以方便地用于制造高性能的OPBTs，大大降低了漏电流和更多的控制工艺参数。实现了99.9996%的非常大的透射因子，而5 × 10 $^5$的优异的开/关比和大于300 mA/cm $^2$的高导通电流表明C $_{60}$半导体层可以经受电化学阳极化。这些结果使阳极氧化成为创新有机晶体管设计的一个有趣的选择。
2019-03-29 physics.app-ph
Biological plausibility and stochasticity in scalable VO2 active memristor neurons
人工神经元和突触的神经形态网络可以解决计算困难的问题，其能量效率是冯·诺依曼架构无法达到的。对于图像处理，硅神经形态处理器在能量效率方面大大优于图形处理单元（GPU），但它们提供的芯片级吞吐量要低得多。硅处理器的性能效率困境可能无法通过互补金属氧化物半导体（CMOS）场效应晶体管的摩尔定律缩放来克服。可缩放的和仿生的主动忆阻器神经元和被动忆阻器突触形成了无晶体管神经网络的自给自足的基础。然而，以往的忆阻器神经元的演示只显示了简单的积分和发射（I&F）行为，并没有揭示生物神经元丰富的动力学和计算复杂性。在这里，我们表明，神经元与纳米级二氧化钒有源忆阻器具有所有三类的兴奋性和大多数已知的生物神经元动力学，本质上是随机的。有了有利的尺寸和功率缩放，有一条通往全忆阻器神经形态皮层计算机的道路。
2018-09-20 cs.ET physics.app-ph
A back-end, CMOS compatible ferroelectric Field Effect Transistor for synaptic weights
类脑计算架构使得能够在单个电路内密集地共同定位存储器和处理元件。这种协同定位消除了在单独的存储器和计算单元之间传输数据的通信瓶颈，如在用于包括机器学习的数据关键应用的标准冯·诺依曼架构中。神经形态系统的基本构建块是非易失性突触元件，例如忆阻器。关键忆阻器特性包括合适的非易失性电阻范围、连续线性电阻调制和对称切换。在这项工作中，我们展示了具有良好线性的铁电Hf $_{57}$ Zr $_{43}$ O $_{2}$（HZO）场效应晶体管（FeFET）的电压控制的，对称的和模拟的增强和抑制。我们的FeFET具有低写入能量（fJ）和快速编程时间（40 ns）。在氧化钨（WO $_{x}$）读出通道中，以低噪声（1%）在4位深度上进行了保留测量。通过将沟道厚度从15 nm调整到8 nm，FeFET的开/关比可以从1%设计到200%，导通电阻理想地> 100 kOhm，这取决于沟道几何形状。该器件的概念是使用地球丰富的材料，并与后端线（BEOL）集成到互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容。因此，它具有很大的潜力，为制造高密度，大规模集成阵列的人工模拟突触。
2020-01-17 cs.ET physics.app-ph
Realizing Linear Synaptic Plasticity in Electric Double Layer-Gated Transistors for Improved Predictive Accuracy and Efficiency in Neuromorphic Computing
本研究针对双电层栅控晶体管中的非线性权重更新问题，通过有限元建模和求解mPNP方程揭示其机制，并开发Python预测求解器LIWUS实现线性突触可塑性，在MNIST任务中使ANN训练减少19%的epoch并提升1.5-4.2%的准确率。
2024-10-11 physics.app-ph
Ultra-Low Power Neuromorphic Obstacle Detection Using a Two-Dimensional Materials-Based Subthreshold Transistor
本文提出一种基于二维材料亚阈值晶体管的超低功耗脉冲神经元，实现约3.5 pJ/脉冲的高能效和LGMD式碰撞检测，并能高选择性区分逼近与远离物体。
2023-02-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
A high-performance MoS2 synaptic device with floating gate engineering for Neuromorphic Computing
二硫化钼（MoS 2）作为二维硫族化合物家族中最重要的成员之一，在低维电子、光电和压电设计的发展中发挥着重要作用。在这里，我们展示了一种新的方法，固态突触晶体管使用二维二硫化钼浮栅存储器。通过使用一个扩展的浮栅架构，它允许该设备在近理想的亚阈值摆幅为77 mV/十年以上的漏极电流的四十年，我们已经实现了一个电荷隧道为基础的突触存储器的性能媲美的最先进的神经形态设计。该装置成功地展示了生物突触的各种特征，包括通道电导的脉冲增强和松弛，以及尖峰时间依赖性可塑性（STDP）。我们的设备返回了出色的能效数据，并为未来的神经形态应用提供了一个基于二维纳米片的强大平台。
2019-04-06 cond-mat.mes-hall cs.ET physics.app-ph
Vertically Integrated Dual-memtransistor Enabled Reconfigurable Heterosynaptic Sensorimotor Networks and In-memory Neuromorphic Computing
本文提出一种垂直集成双忆晶体管（VSFET），利用铁电与非铁电沟道耦合实现异突触可塑性，以超低功耗模拟海兔感觉运动反射，并支持可重构布尔逻辑，用于存内神经形态计算。
2024-12-14 physics.app-ph
Spin-NeuroMem: A Low-Power Neuromorphic Associative Memory Design Based on Spintronic Devices
本文提出基于自旋电子器件的低功耗Hopfield网络联想存储器Spin-NeuroMem，通过MTJ突触和新型电压转换器大幅降低功耗与晶体管用量，并首次实现5M倍加速的联想记忆模拟器。
2025-09-20 cs.AR cs.ET physics.app-ph
High Performance Fin-FET electrochemical sensor with high-k dielectric materials
在这项工作中，我们结合了鳍式场效应晶体管（Fin-FET），其特征在于高的高宽比与高k电介质材料，以研究化学FET的优化设计，以提供更高的信噪比（从而更好的信噪比），增加的动态范围和化学稳定性。我们使用pH传感来验证设计。探讨了二氧化硅、氧化铝和氧化铪作为电介质材料对pH值的敏感性和响应线性，并比较了它们在不同酸中的化学稳定性。传感器的高纵横比鳍几何形状提供高电流，以及比传统硅纳米线更可靠的平面导电沟道。氧化铪Fin-FET配置表现最佳，输出和传输特性的线性响应最高，动态范围更宽。氧化铪的化学稳定性最好。因此，我们相信，开发的高纵横比鳍式场效应晶体管/高k电介质系统可以提供基于FET的传感器的性能的最佳折衷。
2019-07-25 physics.app-ph
GEM: A GEneral Memristive Transistor Model
本文提出通用忆阻晶体管（GEM）模型，通过时间相关微分方程、电压控制移动窗口函数和非线性电流输出函数，精确表征开关与输出特性，较先前模型开关建模提升300%，推动神经形态器件仿真与应用。
2024-11-07 eess.SP physics.app-ph
Modifying Electrochemical Doping in Light-Emitting Electrochemical Cells with Gold Nanoparticles
Umeå University（于默奥大学）；University of Catania（卡塔尼亚大学）；University of Fribourg（弗里堡大学）
本文报道通过在电极界面引入金纳米颗粒，可调控发光电化学电池中的电化学掺杂分布，从而改变发射区位置并影响器件效率。
2026-06-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Breaking the material-limited temperature coefficient of resistance via carrier feedback in a single transistor
本文提出在InGaAs/InP n-p-n单晶体管中利用内部相干载流子反馈机制，将300 K附近的电阻温度系数提升至150%/K，证明器件工程可突破材料固有物理极限。
2025-08-19 physics.app-ph
SOMA: A Single-Material Organic Multivibrator Adaptive Neuron for Fully Integrated PEDOT:PSS Neuromorphic Systems
Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学）
本文提出了一种基于多振荡器振荡器架构的电压驱动神经元电路，采用单一材料PEDOT:PSS制造，具备可调适应性和双向神经元耦合能力，为集成OECT基SNN提供了一种可扩展的解决方案。
2026-04-15 physics.app-ph
4K-Memristor Analog-Grade Passive Crossbar Circuit
无源模拟级忆阻交叉开关的优越密度可以使得能够将大的突触权重矩阵直接存储在专用神经形态芯片上，从而避免昂贵的芯片外通信。为了确保在类脑计算电路中有效地使用这种交叉，交叉点器件的电流-电压特性的变化必须基本上低于具有选择晶体管的存储单元的电流-电压特性的变化。显然，这一要求解释了为什么使用被动交叉杆的神经形态系统原型的演示如此之少。在这里，我们报告了一个64x64无源金属氧化物忆阻器交叉开关电路与~99%的器件成品率，基于一个代工兼容的制造工艺，具有蚀刻图案化和低温预算，有利于垂直集成。我们的器件实现了约26%的开关电压变化，足以编程4K像素灰度图案，平均调谐误差小于4%。通过实验证明MNIST模式分类的保真度接近这种大小的网络的软件建模极限，输入非原位计算的突触权重的平均误差为~1%，进一步验证了模拟特性。我们相信，我们的工作是一个显着的改进，国家的最先进的无源交叉开关存储器的复杂性和模拟性能。
2019-06-27 cs.ET cs.NE physics.app-ph
A Ballistic Two-Dimensional Lateral Heterojunction Bipolar Transistor
我们提出并研究了本质上最薄的晶体管概念：基于过渡金属二硫属化物横向异质结构的单层弹道异质结双极晶体管。该器件本质上比场效应晶体管更薄，因为它不需要顶部或底部栅极，因为传输由基极的电化学电势控制。作为典型的双极晶体管，集电极电流经历了十倍的增加，为每60 mV的基极电压在几个数量级在室温下增加，没有复杂的静电优化。我们提出了一个详细的调查的基础上，自洽模拟的静电和量子输运的pnp器件使用MoS $_2$的10 nm的基础和WSe $_2$的发射极和集电极。我们的三端器件模拟确认的工作原理和大电流调制I $_\text{ON}$ /I $_\text{OFF}\sim 10^8$为$ΔV_{\rm EB}=0.5$ V.假设弹道输运，我们能够实现电流增益$β\sim$ 10 $^4$在几个数量级的集电极电流和截止频率高达太赫兹范围。探索二维材料中丰富的双极纳米器件概念，有望在电子和光电子学中获得潜在的应用。
2021-03-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.comp-ph
Analog Programing of Conducting-Polymer Dendritic Interconnections and Control of their Morphology
虽然材料和过程与生物细胞不同，但大脑模拟通过神经形态工程在大规模并行信息处理方面取得了巨大成就。在电子学中不存在，我们描述了如何通过在水中电聚合来模拟树枝状形态发生，目的是在操作材料修改硬件学习。应用电压脉冲参数的系统研究详述了对微米树枝状结构的形态学方面的独立调节：如分形数、分支度、不对称性、密度或长度。它们的生长的时间推移图像处理显示的空间特征是动态依赖的，并在形成两个电化学生长的树突的导电桥接之前和之后明显地扩展。电路元件分析和电化学阻抗谱证实了它们的形态控制发生在时间窗口中，其中生长动力学可以被输入信号频率和占空比精细地扰动。通过模拟负责大脑长期记忆的最具优势的机制之一，其在传感阵列、神经探针或生物芯片附近的实现将极大地优化从复杂的水环境中分类高维模式所需的计算成本和识别性能。
2021-02-01 cond-mat.dis-nn physics.app-ph
Two-dimensional layered materials meet perovskite oxides: A combination for high-performance electronic devices
本文综述了钙钛矿氧化物与二维层状材料的异质集成，涵盖制备、界面性质及场效应晶体管、存储和神经形态电子等应用，指出范德华集成可实现无限组合，助力高性能器件。
2023-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electrochemical doping in H-terminated diamond films: Impact of O-functionalization and insights from in-situ Raman spectro electrochemistry
Homi Bhabha National Institute（霍米·巴巴国立研究所）；Indira Gandhi Centre for Atomic Research（印地拉·甘地原子研究中心）
研究通过聚合物电解质门控场效应晶体管探讨氢终止钻石薄膜的氧功能化对性能的影响，发现氧终止使表面疏水性降低，电导率和载流子密度变化，同时揭示电化学门控对钻石拉曼光谱的影响。
2026-04-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
On-chip learning for domain wall synapse based Fully Connected Neural Network
自旋电子器件被认为是实现神经形态系统或硬件神经网络的有前途的候选者，预计在某些数据分类和回归任务中，它们比其他现有的计算系统表现得更好。在本文中，我们设计了一个前馈全连接神经网络（FCNN），使用自旋轨道力矩驱动的畴壁器件作为突触和基于晶体管的模拟电路作为神经元，没有隐藏层。还使用晶体管设计了反馈电路，其在每次迭代时使用随机梯度下降（SGD）方法计算训练网络所需的突触的权重的变化。随后，它将写入电流脉冲发送到基于畴壁的突触设备，该突触设备移动畴壁并更新突触的权重。通过微磁模拟，模拟电路模拟和数值求解FCNN训练方程的组合，我们证明了“片上”训练的设计FCNN在MNIST数据库的手写数字本文。我们报告了训练和测试的准确性，突触设备中用于训练的能量消耗以及FCNN硬件实现可能限制其测试准确性的问题。
2018-11-25 cs.ET cs.NE physics.app-ph
Post-CMOS Compatible Aluminum Scandium Nitride/2D Channel Ferroelectric Field-Effect-Transistor
在1963年，Moll和Tarui提出半导体的场效应电导可以通过铁电（FE）材料的反向极化来控制，以创建铁电场效应晶体管（FE-FET）。然而，生产实用、紧凑的FE-FET的后续努力受到低保持力和与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺集成不兼容的困扰。这些困难导致了基于捕获电荷的存储器设备（也称为浮栅或闪存）的发展，并且这些现在是主流的非易失性存储器（NVM）技术。在过去的二十年里，氧化物铁电材料的进步使铁电领域重新焕发活力，并使铁电随机存取存储器（FE-RAM）成为商业现实。尽管取得了这些进展，但由于工艺挑战，基于锆钛酸铅（PZT）的商业FE-RAM在130 nm处停滞不前。350 ℃）。该温度与CMOS后端工艺兼容。在这里，我们提出了一个FE-FET器件的AlScN FE电介质层集成的范德华二维（2D）半导体，MoS 2的沟道层。我们的器件显示开/关比约为10^6，同时具有0.3 V/nm的归一化存储窗口。这些器件还表现出稳定的双态存储器保持时间长达10^4秒。我们的模拟和实验结果表明，AlScN和2D半导体的组合几乎是理想的低功耗FE-FET存储器。这些结果展示了嵌入式内存和内存计算的新方法，甚至可能导致有效的神经形态计算架构。
2020-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetic Field Gated and Current Controlled Spintronic Mem-transistor Neuron -based Spiking Neural Networks
本文提出磁场门控电流控制的自旋电子忆阻晶体管LIF神经元，集成于SNN和CSNN，在MNIST和FMNIST数据集上实现超96%分类准确率，展现神经形态计算潜力。
2024-02-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Chemical Control for the Morphogenesis of Conducting Polymer Dendrites in Water
本文研究水中导电聚合物枝晶的形态发生，揭示电解质、电活性化合物和共溶剂的种类与浓度对其电学和电化学性质的关键影响，并提出利用化学资源调控电子材料演化程度的指导原则。
2025-07-22 physics.app-ph physics.chem-ph
Simulating Pattern Recognition Using Non-volatile Synapses: MRAM, Ferroelectrics and Magnetic Skyrmions
该研究构建仿真环境，系统比较MRAM、铁电FET和斯格明子纳米轨道等非易失性自旋电子突触在图像与声音分类神经网络中的性能，以支撑低功耗神经形态硬件设计。
2025-01-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Unlocking High Performance, Ultra-Low Power Van der Waals Transistors: Towards Back-End-of-Line In-Sensor Machine Vision Applications
针对二维器件面临的接触电阻、费米能级钉扎及CMOS兼容工艺等挑战，研究提出改进型范德华沉积光刻技术，制备出高性能vdW-FET、近理想二极管及超低功耗高灵敏度光电晶体管，为后端线CMOS+2D的传感器内机器视觉应用提供了可行方案。
2023-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
