Alkali Ion‐Incorporated HfO 2 Dielectrics for Reconfigurable Neuromorphic Computing

神经形态工程学 材料科学 电介质 光电子学 可扩展性 晶体管 纳米技术 制作 栅极电介质 电子工程 逻辑门 高-κ电介质 计算机科学 非易失性存储器 块(置换群论)
作者
Seung Yeon Ki,In Cheol Kwak,Seonkwon Kim,Jihyun Kim,Dong Gue Roe,Se-Jin Kim,Joohoon Kang,Jeong Ho Cho
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202521002
摘要

Abstract Neuromorphic computing system requires precise control over synaptic retention characteristics to emulate both short‐term and long‐term memory functions of biological neural networks. Here, a solution‐processed approach is presented for the fabrication of alkali metal cation‐embedded hafnium dioxide (HfO 2 ) dielectrics that promote tunable synaptic behavior in transistor‐based electronics. By incorporating sodium fluoride (NaF) into electrochemically exfoliated hafnium disulfide (HfS 2 ) nanosheets, followed by thermal oxidation, a uniform, ultrathin (≈8 nm) HfO 2 film is produced with embedded mobile alkali ions on a wafer‐scale substrate. With a semiconducting indium gallium zinc oxide layer, the resulting transistors demonstrate distinct retention characteristics, with pristine HfO 2 ‐based devices exhibiting short‐term switching behavior and NaF‐incorporated HfO 2 (NaF‐HfO 2 )‐based devices demonstrating long‐term retention exceeding 30 s with tunable synaptic plasticity. It successfully demonstrates the practical application of these ion‐engineered dielectrics in 1‐transistor‐1‐synapse memory arrays, synaptic comparators, and reconfigurable AND/OR logic gates that mimic brain‐like information processing. The solution‐processable approach expands the range of dielectric modification, providing a scalable pathway for next‐generation neuromorphic computing technologies with controllable synaptic functionalities.

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