隨著人工智能的發(fā)展，憶阻器因其“存算一體”的特性被越來(lái)越多的研究者探索，鐵電憶阻器因其優(yōu)異的極化可控、多值存儲(chǔ)和在神經(jīng)計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用潛力而受到人們的特別關(guān)注。其中，由于鐵電材料的技術(shù)需求和無(wú)鉛無(wú)毒的環(huán)境要求，鈦酸鋇(BaTiO3)成為了鐵電鈣鈦礦氧化物鉛基材料的最佳替代品之一。

然而，目前大多數(shù)鐵電材料生長(zhǎng)在單晶襯底上，復(fù)雜氧化物材料的硅兼容性不足阻礙了其與當(dāng)前硅互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)的實(shí)際集成，在純鈦酸鋇鐵電材料中還存在高介電損耗的問(wèn)題。

近日，河北大學(xué)教授閆小兵團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種全新的材料結(jié)構(gòu)，由鈦酸鋇摻雜低介電系數(shù)材料二氧化鈰(CeO2)的垂直排列納米復(fù)合(VANs)鐵電薄膜作為憶阻介質(zhì)，成功的獲得了硅基外延鐵電薄膜。

通過(guò)這種新結(jié)構(gòu)的引入，該鐵電憶阻器器件實(shí)現(xiàn)了生物突觸模擬功能。通過(guò)控制VANs結(jié)構(gòu)薄膜的制備溫度，優(yōu)化了鐵電極化反轉(zhuǎn)特性。特別是，該器件的魯棒耐用性可達(dá)109次循環(huán)。器件的速度也可以達(dá)到10ns，遠(yuǎn)低于人腦突觸的反應(yīng)。利用寬度為50ns的快速脈沖實(shí)現(xiàn)了加、減、乘、除的代數(shù)運(yùn)算。

該成果近期在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)材料》上發(fā)表。

據(jù)悉，該結(jié)構(gòu)的器件可以像人腦一樣識(shí)別物品的類(lèi)別，在神經(jīng)形態(tài)計(jì)算方面擁有著優(yōu)秀的性能。研究團(tuán)隊(duì)采用了VGG8卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別了CIFAR-10數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)集由10個(gè)類(lèi)別的6萬(wàn)張32×32彩色圖像組成，每個(gè)類(lèi)別有6000張圖像，包括飛機(jī)、汽車(chē)、鳥(niǎo)、貓、鹿、狗、青蛙、馬、船和卡車(chē)。基于該器件采用了模擬片上訓(xùn)練，在經(jīng)過(guò)200多次訓(xùn)練之后，在線學(xué)習(xí)最終識(shí)別率達(dá)到了90.03%而離線學(xué)習(xí)識(shí)別率更是達(dá)到92.55%。(作者：陳彬)

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