基于MoTe2/h-BN/石墨烯浮栅晶体管的多功能非易失性存储器与神经形态器件研究

（编辑推荐）本文报道了一种基于MoTe2/h-BN/石墨烯异质结构的浮栅晶体管（FG），兼具非易失性存储器（82.17%记忆窗口比、105开关比、3比特存储）与神经形态计算功能（3.96 fJ超低功耗突触行为模拟），并实现人工伤害感受器仿生和95.56%准确率的手写识别神经网络（ANN），为下一代智能存储-计算一体化系统提供创新解决方案。

　　

亮点

本研究展示的MoTe₂/h-BN/石墨烯（Gr）浮栅晶体管（FG）成功整合了非易失性存储与神经形态计算双功能。作为存储器时，其记忆窗口比高达82.17%，开关比达10⁵，并支持9种存储状态（3比特）。在神经形态应用中，该器件能以3.96 fJ的超低功耗模拟兴奋/抑制性突触行为（STP/STD、LTP/LTD等），并精准复现生物伤害感受器的阈值、弛豫、无适应和敏化特性。基于该器件构建的人工神经网络（ANN）在MNIST数据集上实现95.56%识别准确率。

器件制备与表征

图1a展示了器件结构：2H-MoTe₂为沟道，h-BN为隧穿介电层，Gr为浮栅，SiO₂/p++ Si作为背栅。光学图像（图1b）显示各纳米片的堆叠情况，原子力显微镜（AFM）测得MoTe₂、h-BN和Gr厚度分别为4.2 nm、8.5 nm和1.2 nm。拉曼光谱证实了材料的晶体质量。

结论

该FG晶体管展现出卓越的综合性能：存储器方面具有宽窗口比和稳定耐久性；神经形态方面实现生物级功耗的突触模拟和伤害感受功能。在ANN应用中表现出高识别精度，为下一代存算一体系统提供了新材料平台。

实验方法

器件采用机械剥离法制备二维材料（采购自泰州Sunano公司），通过PDMS辅助干法转移构建异质结，紫外光刻制备Au/Cr电极。电学测试使用半导体参数分析仪，神经形态行为通过脉冲序列调控实现。

作者贡献

张逸凡：实验设计、论文撰写；王立生：基金支持；黄子轩：数据可视化；邓文：项目管理；陈凤翔：论文修订与课题指导。