用于多感知-存储-计算的自供电高灵敏度一体式垂直摩擦晶体管
2023-01-01 09:19:08 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
这种基于MXenes的自供电垂直摩擦晶体管（VTT）用于多感知-存储-计算功能和多任务情感识别，该VTT将摩擦纳米发电机（TENG）和晶体管集成在单个器件中，具有垂直有机场效应晶体管（VOFET）的简单配置。
具有检测、识别和存储实时感知信息能力的感知-存储-计算设备可以简化传统芯片中不同模块之间的数据转换、传输、存储和操作，这对于在物联网（IoT）时代同时实现多样化功能、简单设计和高效计算具有重要的价值和吸引力。
据麦姆斯咨询报道，近日，福州大学陈惠鹏研究员等人开发了一种基于MXenes的自供电垂直摩擦晶体管（VTT），用于多感知-存储-计算功能和多任务情感识别，该VTT将摩擦纳米发电机（TENG）和晶体管集成在单个器件中，具有垂直有机场效应晶体管（VOFET）的简单配置。研究人员发现，摩擦电势能够调节绝缘层中的离子迁移和MXene/半导体界面处的肖特基势垒高度，从而调节MXene和漏极之间的导电通道。同时，与单个TENG器件相比，感知灵敏度提高了711倍，VTT表现出优异的多感知-存储-计算功能。重要的是，基于该功能，构建了多感知融合和多模型情感识别，将情感识别准确率提高到94.05%，并且具有可靠性。这种结构简单、自供电的VTT器件具有高灵敏度、高效率和高精度的特点，在未来人机交互、物联网和先进智能应用方面具有广阔的应用前景。
在这项研究工作中，多感知-存储-计算系统由几个用于感知的传感单元、用于传递信息的传输路径以及用于存储和计算的大脑组成。研究人员制造了基于TENG和VOFET的垂直摩擦晶体管器件（VTT），以实现多感知-存储-计算功能。显然，该VTT集成了TENG和VOFET的功能。由于TENG器件和VOFET器件共享垂直结构，所以该VTT具有没有任何冗余层的VOFET配置。VTT由可移除Kapton衬底、可移除Au栅极、离子凝胶绝缘层、MXenes网络源极、PDVT-10通道层和Au源极/漏极组成。通过栅极的移动和VTT的振动分别模拟触觉和听觉，并通过光敏Ti3C2Tx MXenes电极实现视觉感知。
多感知-存储-计算系统示意图，以及VTT的器件结构及其形态特征
与集成TENG的传统平面晶体管相比，研究人员所开发的VTT不仅提高了器件集成度，而且简化了等效电路。VTT可以仅通过引出栅极和源极就可实现TENG的功能，而如果将外部电压施加到源极-漏极上，则可以起到VOFET的作用。
TENG和VTT的电输出和传感特性
研究人员分别研究了TENG和VTT在模拟不同感官知觉时的灵敏度。结果表明，与单个TENG相比，VTT的触觉灵敏度提高了711倍。对于每种感官知觉，VTT均表现出比单个TENG更高的灵敏度，这归因于VOFET的放大、低亚阈值摆幅（SS）和高开/关比。
通过计算互相关函数，证明了多感知之间的存储-计算，并且由于VTT的多感知集成特性，还模拟了上丘功能和人工刺激响应系统。最后，研究人员实现了一个基于VTT的多模型情感识别系统，通过数据级模型融合实现了94.05%的情感识别准确率。
多感知-存储-计算模型与上丘功能模拟
多模型情感识别系统
总之，研究人员成功开发了一种多感知-存储-计算器件，其在具有VOFET配置的单个器件中集成了TENG和晶体管。这种自供电多感知-存储-计算器件具有（I）简单的结构和自供电功能、（II）高灵敏度、（III）高效率和转换速度和（IV）高识别准确度等优点。这项概念验证工作在单个器件中实现了触觉/听觉/视觉感知-存储-计算，这有可能减少传感器、存储器和计算单元之间的数据移动，并为脑启发计算（brain-inspired computing）范式铺平了道路。
论文信息：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35628-0
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