全固態雙電層晶體管（ASS-EDLT）最近因其在神經形態設備應用中的巨大潛力而引起了人們的關注。然而，它們的低開關響應速度是其實際應用的一個顯著缺點。研究人員展示了 ASS-EDLT 的超快切換，這是通過氫化金剛石單晶和具有極高質子傳導性的多孔氧化釔穩定氧化鋯薄膜的出色組合實現的。研究了響應柵極電壓的開關響應速度脈沖。實現了 ASS-EDLT，即使在室溫下，其響應時間也非常短，不到 100 μs（即 27 μs）。這比典型的傳統 ASS-EDLT 中的時間要短得多，傳統 ASS-EDLT 的響應時間通常以毫秒或更長為單位。此外，主題ASS-EDLT具有與易失性存儲器件相似的特性。為了展示設備的神經形態計算能力，執行了波形轉換任務。結果表明，ASS-EDLT以其高運行速度，有助于高速神經形態系統的發展。相關研究內容以“Ultrafast-switching of an all-solid-state electric double layer transistor with a porous yttria-stabilized zirconia proton conductor and the application to neuromorphic computing”為題發表在《Materials Today Advances》上。

       圖文導讀

       研究重點

       1. 由NIMS和東京理科大學組成的研究小組利用高離子導電性陶瓷薄膜和金剛石薄膜開發出了速度最快的雙電層晶體管。該晶體管可用于開發具有廣泛應用的節能、高速邊緣人工智能設備，包括未來事件預測和圖像（包括面部識別）、語音和氣味的模式識別/確定。

       2. 雙電層晶體管利用在電解質和半導體之間的界面處形成的雙電層的充電和放電引起的電阻變化來充當開關。由于這種晶體管能夠模仿人類大腦神經元的電反應（即充當神經形態晶體管），因此它在人工智能設備中的應用具有潛在的前景。然而，現有的雙電層晶體管在導通和截止狀態之間切換緩慢。典型的轉換時間范圍為數百微秒至 10 毫秒。因此，需要開發更快的雙電層晶體管。

       3. 該研究小組通過使用脈沖激光高精度沉積陶瓷（氧化釔穩定的多孔氧化鋯薄膜）和金剛石薄膜，在陶瓷/金剛石界面形成雙電層，開發出雙電層晶體管。氧化鋯薄膜能夠將大量的水吸附到其納米孔中，并允許水中的氫離子輕松地遷移通過它，從而使雙電層能夠快速充電和放電。這種雙電層效應使晶體管能夠非常快速地運行。該團隊通過向晶體管施加脈沖電壓，實際測量了晶體管的運行速度，發現其運行速度比現有雙電層晶體管快8.5倍，創下了新的世界紀錄。

       4. 該研究項目產生了一種新型陶瓷薄膜技術，能夠對幾納米厚度的雙電層進行快速充電和放電。這是打造實用、高速、節能的人工智能輔助設備的重大成果。這些設備與各種傳感器（例如智能手表、監控攝像頭和音頻傳感器）相結合，預計將為各個行業提供有用的工具，包括醫學、防災、制造和安全。

       DOI：10.1016/j.mtadv.2023.100393