Optoelectronic Artificial Synaptic Device Based on Amorphous InAlZnO Films for Learning Simulations

神经形态工程学 材料科学 神经促进 突触可塑性 兴奋性突触后电位 光电子学 计算机科学 神经科学 人工神经网络 人工智能 抑制性突触后电位 化学 生物化学 生物 受体
作者
Ruqi Yang,Lei Yin,Jianguo Lü,Bojing Lu,Xiaodong Pi,Siqin Li,Fei Zhuge,Yangdan Lu,Wenyi Shao,Zhizhen Ye
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (41): 46866-46875 被引量:38
标识
DOI:10.1021/acsami.2c14029
摘要

Neuromorphic computing, which mimics brain function, can address the shortcomings of the "von Neumann" system and is one of the critical components of next-generation computing. The use of light to stimulate artificial synapses has the advantages of low power consumption, low latency, and high stability. We demonstrate amorphous InAlZnO-based light-stimulated artificial synaptic devices with a thin-film transistor structure. The devices exhibit fundamental synaptic properties, including excitatory postsynaptic current, paired-pulse facilitation (PPF), and short-term plasticity to long-term plasticity conversion under light stimulation. The PPF index stimulated by 375 nm light is 155.9% when the time interval is 0.1 s. The energy consumption of each synaptic event is 2.3 pJ, much lower than that of ordinary MOS devices and other optical-controlled synaptic devices. The relaxation time constant reaches 277 s after only 10 light spikes, which shows the great synaptic plasticity of the device. In addition, we simulated the learning-forgetting-relearning-forgetting behavior and learning efficiency of human beings under different moods by changing the gate voltage. This work is expected to promote the development of high-performance optoelectronic synaptic devices for neuromorphic computing.
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