二维层状材料由于其独特的原子级薄层结构以及优异的电学、光学性能，在忆阻器领域表现出广阔的应用前景。由于其在类脑计算方面的独特优势，近些年关于二维材料忆阻器件的研究逐年增多。但目前的研究多是基于垂直结构的二端器件，这种结构的忆阻器存储状态只包含有限的几个值，因此并不利于实现类脑计算。而忆阻晶体管属于三端器件，该系统的导通状态同时受到栅极电压以及源漏电压的调制，因此表现出多端输入以及多级存储的特性，非常适用于构建人工突触。然而，目前的三端忆阻晶体管工作电压较大从而导致功耗较高。

图1. 基于二维GeSe忆阻晶体管的多级存储特性

针对该问题，近期武汉大学肖湘衡教授团队在InfoMat 上发表了题为“Low operating voltage memtransistors based on ion bombarded p-type GeSe nanosheets for artificial synapse applications”的研究论文。研究团队基于低能离子辐照技术在二维GeSe体系中实现了低至1V操作电压的二维横向忆阻晶体管，该器件表现出栅压可调的多级存储特点（图1）。该器件的机理为电场作用下缺陷迁移导致的材料与电极接触势垒变化的电阻调控机制。通过离子辐照在材料表层引人了少量的缺陷，这些缺陷会在电场作用下发生迁移、聚集。缺陷的迁移和聚集会导致材料表层功函数变化，并因此改变了材料与电极的接触势垒，这种势垒的变化表现出明显的非易失性特点。此外，缺陷迁移过程也同时受到栅极电压的影响，因而利用这种缺陷迁移导致的接触势垒变化行为可以构建出受栅压调控的忆阻器件，即忆阻晶体管。该工作同时也实现了对基本神经突触功能的模拟，如短程可塑性、长程可塑性、脉冲时序依赖可塑性等；该器件可以同时利用源极和栅极实现对突触权值的调节，多端调控的特点有利于模拟更为复杂的突触功能（图2）。

图2. 二维GeSe忆阻晶体管实现神经突触功能模拟

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/inf2.12476

（通讯员  李文庆）