Spiking Neural Network Integrated with Impact Ionization Field‐Effect Transistor Neuron and a Ferroelectric Field‐Effect Transistor Synapse

神经形态工程学 尖峰神经网络 突触 材料科学 晶体管 人工神经网络 计算机科学 神经科学 人工智能 电压 电气工程 工程类 生物
作者
Haeju Choi,Sungpyo Baek,Hanggyo Jung,Taeho Kang,Sang‐Min Lee,Jongwook Jeon,Byung Chul Jang,Sungjoo Lee,Sungjoo Lee,Sungjoo Lee
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (26): e2406970-e2406970 被引量:29
标识
DOI:10.1002/adma.202406970
摘要

The integration of artificial spiking neurons based on steep-switching logic devices and artificial synapses with neuromorphic functions enables an energy-efficient computer architecture that mimics the human brain well, known as a spiking neural network (SNN). 2D materials with impact ionization or ferroelectric characteristics have the potential for use in such devices. However, research on 2D spiking neurons remains limited and investigations of 2D artificial synapses far more common. An innovative 2D spiking neuron is implemented using a WSe2 impact ionization transistor (I2FET), while a spiking neural network is formed by combining it with a 2D ferroelectric synaptic device (FeFET). The suggested 2D spiking neuron demonstrates precise spiking behavior that closely resembles that of actual neurons. In addition, it achieves a low energy consumption of 2 pJ/spike. The better impact ionization properties of WSe2 are responsible for this efficiency. Furthermore, an all-2D SNN consisting of 2D I2FET neurons and 2D FeFET synapses is constructed, which achieves high accuracy of 87.5% in a face classification task by unsupervised learning. The integration of a 2D SNN with 2D steep-switching spiking neuronal devices and 2D synaptic devices shows great potential for the development of neuromorphic systems with improved energy efficiency and computational capabilities.
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