基于混合铁电-离子晶体管的物理水库计算系统

《Advanced Materials》：Physical Reservoir Computing System via Hybrid Ferroelectric-Ionic Transistors

物理计算器件的集成与性能提升

　　

摘要

在“材料内计算”（in-materia computing）领域，通过利用材料的复杂性来实现高效节能的计算，推动了物理存储计算（Physical Reservoir Computing, PRC）技术的发展。这是一种处理动态时间任务的极具前景的方法。然而，将PRC组件集成到与互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容且可扩展到大规模集成电路（VLSI）的平台上仍然具有挑战性，尤其是在使用特殊材料系统的两端设备中。本文报道了基于铪的混合铁电-离子场效应晶体管（hybrid ferroelectric-ionic field-effect transistors, FETs）在纯FET结构中的集成应用。这种混合FET具备长期极化切换和短期离子切换功能，通过单晶圆上的原子层沉积技术实现，确保了与现代微电子技术中的CMOS兼容性和VLSI可扩展性。所提出的PRC系统能够有效处理多种生物信号，包括脑电图（electroencephalogram, EEG）、心电图（electrocardiogram, ECG）和肌电图（electromyogram, EMG），其性能优于传统的基于两端设备的系统，因为它支持自适应的时间动态控制和可调的记忆特性。这些成果为硬件实现的动态神经网络铺平了道路，这类网络具有极高的能效和面积效率，从而推动了医疗保健和实时信号处理等实际边缘计算应用的发展。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。