Enhanced Synaptic Memory Window and Linearity in Planar In2Se3 Ferroelectric Junctions

神经形态工程学 材料科学 记忆电阻器 铁电性 光电子学 突触重量 突触 电压 纳米技术 计算机科学 电气工程 人工神经网络 神经科学 人工智能 电介质 生物 工程类
作者
Yu‐Rim Jeon,Dong-Yoon Kim,Dong-Yoon Kim,Chandan Biswas,Nicholas D. Ignacio,Patrick Carmichael,Shaopeng Feng,Keji Lai,Dong‐Hwan Kim,Dong‐Hwan Kim,Deji Akinwande
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (6): e2413178-e2413178 被引量:23
标识
DOI:10.1002/adma.202413178
摘要

A synaptic memristor using 2D ferroelectric junctions is a promising candidate for future neuromorphic computing with ultra-low power consumption, parallel computing, and adaptive scalable computing technologies. However, its utilization is restricted due to the limited operational voltage memory window and low on/off current (ION/OFF) ratio of the memristor devices. Here, it is demonstrated that synaptic operations of 2D In2Se3 ferroelectric junctions in a planar memristor architecture can reach a voltage memory window as high as 16 V (±8 V) and ION/OFF ratio of 108, significantly higher than the current literature values. The power consumption is 10-5 W at the on state, demonstrating low power usage while maintaining a large ION/OFF ratio of 108 compared to other ferroelectric devices. Moreover, the developed ferroelectric junction mimicked synaptic plasticity through pulses in the pre-synapse. The nonlinearity factors are obtained 1.25 for LTP, -0.25 for LTD, respectively. The single-layer perceptron (SLP) and convolutional neural network (CNN) on-chip training results in an accuracy of up to 90%, compared to the 91% in an ideal synapse device. Furthermore, the incorporation of a 3 nm thick SiO2 interface between the α-In2Se3 and the Au electrode resulted in ultrahigh performance among other 2D ferroelectric junction devices to date.
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