非晶态金属氧化物半导体薄膜神经元、突触及类脑系统

《Scientific Reports》：Amorphous metal-oxide semiconductor thin-film neuron, synapse, and neuromorphic system

　　

摘要

人工智能将呈指数级发展，因此需要具备紧凑的体积和高效的能源利用效率，而神经形态系统正是解决这一问题的一个方案。另一方面，薄膜半导体技术已经得到广泛应用，并成为微型电子产品的关键技术。在本研究中，研究人员对非晶金属氧化物半导体（AOS）薄膜神经元、突触以及神经形态系统进行了研究与发展。首先，制备并实验评估了一种AOS薄膜晶体管（TFT），并通过仿真模型验证了实验结果。随后，设计并制造了由AOS TFT组成的薄膜神经元，经电路仿真和实验验证其正常工作，这种性能符合薄膜神经元的要求。接着，制备并实验评估了AOS薄膜忆阻器和AOS薄膜肖特基二极管，它们的特性也符合预期，并通过仿真模型再现了实验结果。进一步，基于AOS TFT和AOS薄膜肖特基二极管的仿真模型，设计并制造了由这些元件组成的薄膜突触，并通过拟合模型确认了其正常工作。最后，设计并制造了由薄膜神经元和突触构成的神经形态系统，并通过逻辑仿真验证了其功能。利用基于电路行为的训练方法以及MNIST数据集进行训练，推理结果显示识别准确率达到94.1%。综上所述，AOS薄膜神经元、突触及神经形态系统是可行的技术解决方案。