近年来,受人脑工作方式启发的神经形态计算吸引了越来越多研究者的兴趣。人脑是由～1011个神经元（Neuron）与～1015个连接它们的突触（Synapse）组成的复杂网络。神经元与突触是人脑信息处理的基本单元。因此,在电子元器件层面上实现人工神经元与人工突触,对于实现低功耗类脑神经形态计算具有十分重要的意义。相比阻性耦合网络,容性耦合的晶体管网络静态功耗低,能够满足神经网络低功耗的应用需求,并且能更好地模拟神经功能。以铟镓锌氧（Indium-gallium-zinc-oxide,IGZO）为代表的非晶金属氧化物半导体以高电子迁移率、低温制备工艺、高均一性等优点,在薄膜晶体管领域引起了研究者的极大关注。本论文采用氧化物半导体薄膜晶体管进行神经元和突触功能的模拟以及利用器件特性进行人工神经网络仿真。主要的研究内容如下:（1）采用肖特基氧化物双电层晶体管进行沉默突触激活特性的模拟。制备了单位面积双电层电容高达16.3μF/cm~2（1 Hz）的壳聚糖固态离子电解质;以壳聚糖电解质为栅介质制备了工作电压小于2.0 V的肖特基氧化物双电层晶体管;利用Ag电极与IGZO沟道之间肖特基势垒高度的调制进行沉默突触激活特性的模拟,激活之后单脉冲激发的兴奋性突触后电流幅值约为激活之前的14倍;利用电解质中离子的弛豫特性进行突触离子动力学功能如双脉冲易化与高通滤波特性的模拟。（2）采用多栅氧化物双电层类神经元晶体管进行神经元树突时空信息处理功能的实现。首先,研究了壳聚糖固态离子电解质侧向耦合功能,单位面积电容高达4.5μF/cm~2（1 Hz,电极距离565μm）;制备了侧向耦合多栅氧化物双电层晶体管,工作电压在2.0 V以内,即使栅极与沟道距离为10000μm,晶体管开关比大于3.5×10~6,开态电流大于55μA;利用多栅结构对突触离子动力学功能如双脉冲易化与高通滤波功能进行调制;建立了基于多栅氧化物双电层晶体管的神经元树突功能模型,进行神经元树突时空信息处理功能的模拟,实现了高达111%的信号响应差异;作为时空信息处理功能的举例,构建了简单的神经网络进行声音定位角功能的模拟。（3）采用氧化物浮栅晶体管进行突触权重更新的模拟及其人工神经网络仿真。首先,低温下制备了以Al2O3/ITO/Al2O3为叠层栅介质的IGZO氧化物浮栅晶体管（<80℃）;研究了氧化物浮栅晶体管基本的电学性能,实现了7.3 V的存储窗口;接着,利用较大的编程电压脉冲进行突触权重的更新,实现了32个突触权重状态,最高突触权重状态与最低突触权重状态电导比值大于650;最后,基于器件特性,采用器件交叉阵列结构进行人工神经网络仿真,以实现监督学习功能,对小图像版本手写数字数据集的识别率高达95.7%。