冯·诺依曼核算系统架构因其物理上的“存”“算”别离的物理特征，导致核算功率难以满意未来AI对高功用、低功耗并行核算的需求。跟着“后摩尔年代”到来，根据非易失性存储器的神经形状核算成为未来可期的并行核算技术之一。高功用人工突触器材是完成高效神经形状核算的核心问题。根据铁电资料的铁电地道结(FTJ)存储器具有大的开关比、低能耗、电导的接连可谐和杰出的器材均匀性等长处，是一种潜在的人工电子突触器材。相较于传统的钙钛矿铁电资料薄膜，新式的铁电氧化铪（HfO）基资料具有组分简略、厚度薄（≤5 nm）、铁电性优异、与金属氧化物半导体工艺（CMOS）兼容等长处，成为了研讨热门。特别的，相较于多晶的铁电氧化铪薄膜，外延成长的掺杂氧化铪基铁电薄膜呈现出更有序的畴结构和更优异的铁电功用，这可能有利于铁电地道结器材电阻的翻转。但是，外延铁电氧化铪薄膜在人工突触器材中的使用研讨，尤其是资料特性与器材功用之间的相关性和相关的物理机制的研讨依然非常缺少。
近来，西安交通大学电子科学与工程学院电子陶瓷与器材教育部要点实验室任巍教授和牛刚教授团队研讨了一种根据外延的锆掺杂氧化铪(Hf0.5Zr0.5O2，HZO)铁电薄膜的人工突触器材，并在神经形状核算使用中获得验证。研讨了HZO薄膜厚度与其铁电特性的联系，通过优化后的外延HZO薄膜具有优异才能的铁电功用（Pr~25 μC cm-2）、高达~930 ℃的居里温度和均一的初始极化方向。根据优化后的氧化铪薄膜，研讨团队制备了铁电地道结器材并用于人工电子突触器材模仿。研讨标明根据HZO薄膜的铁电地道结器材具有较高的开关比（500）、较好的电导调制特性，在线 nS内完成了牢靠的电导调制以及较高的器材坚持特性（104s）。得益于HZO薄膜优异的铁电性和均一的铁电畴散布，该器材成功地模仿了突触的根本行为，如长时刻增强(LTP)、长时刻按捺(LTD)和脉冲时刻依赖性可塑性(STDP)等。在此基础上，该突触器材的人工神经网络仿线%辨认精度。这些效果展现了根据外延铁电HZO薄膜的铁电地道结在人工突触使用中的巨大潜力，为未来的神经形状核算的完成供给了一条新途径。
图4 神经元突触结构示意图和对应的器材结构示意图以及器材的电特性测验效果
图6 根据赫布学习规律的脉冲时刻依赖性可塑性(STDP)和根据全衔接多层神经网络模仿示意图和相关效果
西安交通大学电信学部电子学院电子陶瓷与器材教育部要点实验室任巍教授、牛刚教授课题组长时刻从事“后摩尔”功用薄膜与硅的异质集成和非易失性存储器材的研讨。近年来在“后摩尔”年代绿色环保的无铅介电、压（铁）电功用薄膜与集成器材方面获得了系列效果，研讨论文现已发表于Nat. Commun.、ACS Nano、IEEE Electron. Dev. Lett.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Sensor Actuat. B和J. Mater. Chem. C等期刊上。
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