随着AI技术的显著进步,神经形态计算系统引起了众多科研人员的广泛关注。然而目前AI技术的实现总是依赖于基于冯诺依曼架构的数字计算机。由于冯诺依曼结构中计算模块与存储单元之间是物理隔绝的,因此基于数字计算机发展的AI技术存在着本质上的制约。人类大脑是一个高度并行且高效节能的复杂网络,其中包含了¹0¹¹个神经元和¹0¹⁵个突触。突触作为连接突触前神经元和突触后神经元的桥梁,其连接强度被称之为突触权重,突触权重可以通过对离子通道(例如Ca²⁺、Na⁺和K⁺等)的调节来增强或削弱,这个过程在大脑中被认为是学习与记忆的基础。因此,脑启发神经计算器件被认为将为高级AI技术的发展提供硬件支持。近年来,离子导体电解质调控晶体管因其具有独特的离子调控和离子驰豫行为引起了研究人员的浓厚兴趣,其被认为在神经形态计算中具有很大的潜在价值。本文首先制备了双电层晶体管,再在此基础上实现了一些生物突触可塑性行为的仿生,其主要工作内容如以下所示:首先,本文采用滴涂法制备了淀粉基生物聚合物电解质薄膜,由于淀粉基生物聚合物电解质薄膜中存在着质子传导特性,质子可以在电场的作用下向沟道处迁移,形成质子/电子耦合。因此测得的淀粉基生物聚合物电解质薄膜质子传导率高达⁵.2×10^-3 S/cm,其电容在频率为1 Hz时为³.5μF/cm²。其次,由于淀粉基生物聚合物电解质可与氧化物半导体很好的兼容,并且由于在栅介质/沟道层界面处的双电层耦合作用,本论文所制备的淀粉基生物聚合物调控氧化物双电层晶体管可在低工作电压下具备优异的电学性能。器件的电流开关比、阈值电压、饱和区场效应迁移率和亚阈值摆幅分别为¹×10⁷、⁰.2 V、¹4.9 cm²/Vs和⁹9.7 mV/decade。研究发现,本论文所制备的该氧化物双电层晶体管阵列在可见光下是透明的,其在波长为380 nm⁸00 nm的可见光范围内的平均透过率可达68%。最后,在器件的稳定性测试中发现,该氧化物双电层晶体管可以在1.5 V的低工作电压下稳定运行。在晶体管的偏压测试过程中发现,在栅电极上施加一个正偏压时,晶体管的转移曲线向左漂移,负则相反,该现象正用于突触可塑性行为的仿生。本论文利用淀粉基生物聚合物电解质调控氧化物双电层晶体管,通过设计具有不同幅值、宽度、数量和频率的输入脉冲电压信号,成功实现了生物突触的兴奋性后突触电流、双脉冲易化等突触可塑性行为等特性。同时发现该突触晶体管具有活性依赖特性,并以此为基础实现了生物突触的强直后增强行为及活性依赖的强直后增强行为。综上所述,本文在室温下制备的淀粉基生物聚合物电解质调控突触晶体管在未来人工神经网络的开发中具有非常广阔的前景。