最近，南京大学电子科学与工程学院万青教授、施毅教授课题组在新型柔性神经性态电子器件领域取得 系列重要进展，成功实现了基于神经仿生工作原理的柔性、超低能耗pH值探测和神经元spike逻辑调控，上述研究结果为柔性可穿戴式生化传感和“类脑芯 片”的研制奠定了坚实的器件基础。

（1）课题组人员采用全室温工艺在柔性PET塑料衬底上成功研制了具有多侧栅结构的神经元晶 体管（如图1所示），并系统研究该柔性器件的pH值传感特性。研究结果表明，当pH值传感的灵敏度定义为不同pH值沟道电导相对变化时，类神经元 spike工作模式可以显著提高器件的pH值传感特性。另外该动态工作模式的恢复时间都在毫秒量级，且完成单次传感的能耗可以低达几十pJ。更为重要的 是，研究还发现在另外一个调控侧栅电极上施加适当的负偏压，可以进一步提高传感器的pH值灵敏度和进一步降低传感能耗。当在第二个侧栅上施加-0.2V时 （如图2f所示），器件的pH值探测灵敏度(∆G/G0)高达~63。有关结果发表在【Scientific Reports. 5, 18082 (2015)】。

图1.柔性多侧栅神经元晶体管的pH传感器结构示意图及其传感测试照片

图2. 柔性神经元晶体管的超低功耗spike动态pH值传感特性

（2）课题组人员在导电PET衬底上成功研制了基于柔性In-Ga-Zn-O（IGZO）双 电层晶体管的超低功耗人造突触器件。由于IGZO双电层晶体管工作在增强型晶体管的亚阈值区域，单spike功耗仅为~0.2pJ。课题组研究人员还单个 人造突触器件上实现了双脉冲易化和突触滤波功能的仿生，如图3所示。有关结果发表在【IEEE Electron Device Letters. 36, 2, 198 (2015)】。

图3. 超低功耗IGZO突触晶体管及其突触特性仿生

（3）最近课题组人员采用简单的涂布、剥离工艺制备了具有高质子导电特性的自支撑壳聚糖膜， 并在此基础上研制了自支撑柔性突触/神经元晶体管，实现了包括兴奋性后突触电流、双脉冲易化、短程/长程记忆等特性的仿生。最后还通过在第三个调制端施加 调控脉冲实现了动态逻辑“与”和“或”的调控，如图4所示。有关结果发表在【Advanced Materials. 27, 5599 (2015)】。

图4. 柔性自支撑壳聚糖耦合的突触/神经元晶体管及其神经仿生特性

该研究得到了国家杰出青年基金、科技部“973”项目、江苏省双创团队、江苏省双创人才计划等项目和计划的资助。

万青教授简介：

南京大学电子科学与工程学院教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者

Email：wanqing@nju.edu.cn

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研究领域：

a)氧化物薄膜晶体管及其新型平板显示应用；

b)人造突触及其神经仿生电子学应用

施毅教授简介：

南京大学电子科学与工程学院教授，博导，Email：yshi@nju.edu.cn

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研究领域：

1. 微纳电子、光电子材料与器件；

2. 纳米结构材料及应用；

3.量子信息技术。

（本文整理自南京大学网站）

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