A PZT/SiC floating gate transistor for high-accuracy artificial neuromuscular synapse

作者
Ting Qin,P. M. Tu,Run Mao,Lin Lin,Shan Le Cai,Guangchen Li,Yafei Zhang,Wen Huang,Junxiong Guo
出处
期刊:Japanese Journal of Applied Physics [Institute of Physics]
卷期号:64 (12): 124501-124501
标识
DOI:10.35848/1347-4065/ae2a88
摘要

Abstract The neuromuscular junction (NMJ) is vital for transmitting nerve impulses to muscles. Artificial NMJs, aiming to replicate biological synapses, are promising for biomimetic robotics, prosthetics, and brain-inspired computing. However, current technologies struggle with plasticity, output power, and amplification. This paper presents an innovative artificial NMJ using a silicon carbide (SiC) combined with Pb(Zr, Ti)O 3 (PZT) ferroelectric field-effect transistor. By combining a ferroelectric gate with a SiC transistor, we achieved extensive non-volatile conductance modulation with current dynamic range of 0.1–10 μA, mimicking long-term synaptic plasticity. The PZT/SiC transistor offers a higher threshold voltage and reduced operational current, enhancing energy efficiency. Its synaptic plasticity allows for adjustable strength through five consecutive cycles testing and stimulation. The PZT/SiC application in convolutional image processing shows its high accuracy exceeded 95% only via 9 epochs, demonstrating its potential, paving the way for efficient, scalable artificial NMJs in bio-hybrid systems and neuromorphic robots.
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