ACS Nano：用于光内存双模态操作的石墨烯-In2Se3范德华异质结神经电阻器

研究背景

在新兴的人工智能(AI)领域，单器件级的功能多样化对于保持小型化趋势以及实现大量并行数据计算和高密度存储至关重要。然而，由于物理上分离的数据接收器、存储和处理单元，常用的冯-诺伊曼架构正在与可怕的数据延迟和能耗作斗争。另一种解决方案可能是利用生物启发的神经形态固态器件，这种器件可以模拟多种突触特征，有望在下一代基于人工智能的并行逻辑和单个器件内的原位信息存储方面取得突破。突触器件具有可调谐的沟道电导和多级非易失性存储(NVM)状态，这些状态可通过输入刺激(类似于突触权重更新)进行操作。主要特征包括短时程可塑性(STP)、长时程可塑性(LTP)、峰值时间相关的可塑性(STDP)和成对脉冲促进(PPF)。最近的研究表明，原子薄范德华(vdW)材料是实现异质突触人工神经网络(ANN)的理想平台。它们强大的光传感性质为融合传感器内计算、内存中计算和光随机存取存储器(ORAM)应用提供了潜在的功能，推动了向高级光神经网络(ONN)的范式转变，尤其适用于人工感知系统、自动车辆和无人值守医疗保健。此外，ORAM可以直接接收宽带视觉信息，而不需要光-电信号转换器，促进了以最小延迟和低能耗简化光子电路的进步。到目前为止，利用2D过渡金属硫族化合物(TMDs)或其异质结(HS)实现最先进光电突触的研究工作已经投入到可编程NVM，视网膜形态传感器和光电子逻辑应用中。然而，由于2D突触的高电阻性，它们通常在高栅极(高于V_Th)和编程(V_D)电压下工作，从而导致显著的能耗。

成果介绍

有鉴于此，近日，以色列理工学院Elad Koren等利用铁电α-In₂Se₃纳米片和单层石墨烯，展示了一个基于范德华异质结的全2D可编程突触场效应晶体管(FET)。该器件具有可重构、多级非易失性存储(NVM)状态，可以通过多个双模式(光和电)刺激连续调制，从而以生物现实的方式实现节能、异突触功能。此外，在光照下，原型器件可以在易失性(光电探测器)和非易失性光学随机存取存储器(ORAM)逻辑操作之间切换，这取决于铁电偶极子诱导的能带调节。最后，本文在较宽的动态范围内证明了从短时程到突出长时程特性的可塑性调制。通过共轭电子输运和开尔文探针力显微镜(KPFM)测量揭示了异质界面处可切换极化诱导的电子能带对齐和双向势垒高度调制的内在工作机制。总的来说，集成传感器和内存逻辑处理器以及多位ORAM系统的鲁棒(光电)电子权重可控性很容易通过协同铁电光子异质结性质实现。本文提出的结果促进了用于下一代感知，光电逻辑系统和物联网(IoT)实体的多功能全2D异质突触的技术实现。文章以“Graphene-In₂Se₃ van der Waals Heterojunction Neuristor for Optical InMemory Bimodal Operation”为题发表在著名期刊ACS Nano上。

图文导读

图1. （a）Gr-In₂Se₃ vdW-HS FET的示意图。（b）In₂Se₃和石墨烯层的拉曼光谱。（c）300 nm SiO₂/Si衬底上单层Gr-In₂Se₃异质结的光学显微镜图像。（d&e）AFM形貌以及相应的线轮廓。（f）接触金属化后异质结FET的光学显微镜图像。（g）不同栅极偏置下HS-FET的输出(I_D-V_D)特性。（h）不同漏极偏置条件下HS-FET的循环转移特性。

利用2D层的机械剥离及其确定性转移形成了Gr-In₂Se₃垂直异质结(HS)。如图1a所示，将制备的Gr-In₂Se₃ HS忆阻晶体管放置在预图案化SiO₂/p⁺⁺-Si衬底上，其中全局背栅(电调制)和光照(光调制)控制突触漏极输出(I_D)。在光电测量之前，进行拉曼光谱来评估In₂Se₃的相和晶体质量，并量化石墨烯薄片的层数(图1b)。原始In₂Se₃的典型拉曼光谱显示出一个以105 cm^-1为中心的特征尖峰，可以分配给A₁(LO+TO)声子模式，与先前报道的α-In₂Se₃一致。以183 cm^-1和199 cm^-1为中心的双模式分别属于A₁(LO)和A₁(TO)声子的振动模式。A₁拉曼模式的LO-TO分裂表明In₂Se₃晶体结构中出现了反演对称性破缺和极化现象。α-In₂Se₃在90 cm^-1处的显著峰归因于α-In₂Se₃的六方对称性(2H)。石墨烯拉曼光谱表现为弱G模式(1594 cm^-1)和强2D模式(2683 cm^-1)，2D/G峰值强度比为~2.46，代表了高质量的石墨烯单层。此外，转移的石墨烯层没有D波段特征(1350 cm^-1处)，也没有In₂Se₃层的额外峰，这意味着在HS制造过程中没有引入明显的杂质。转移后单层石墨烯在少层In₂Se₃上的光学显微图像以及完整的Gr-In₂Se₃ HS忆阻器件分别如图1c和f所示。该器件的有源沟道长度和宽度分别为6.26 μm和9.58 μm。HS的表面形貌如图1d所示，In₂Se₃纳米片的厚度为~16 nm(图1e)。

在突触表征之前，通过典型的电学测量来探测这些器件。图1g显示了±80 V范围内不同栅极偏置条件(VG)下正向和反向扫描的一系列输出特性(I_D-V_D)。所有栅极偏置条件下的线性输出特性表明石墨烯/Au界面上形成欧姆结。值得注意的是，在I_D中没有迟滞，这意味着偶极子引起的波动很小。沟道电阻(R)使用每条曲线的斜率计算，并绘制为所施加栅极的关系(图1g)。当栅极极性为正时，电阻值较大，并随着栅极偏置增加而迅速降低，这意味着石墨烯层由于主导的空穴浓度而遵循p型操作。平衡状态下石墨烯沟道的主要p型特征归因于In₂Se₃/Gr HS中α-In₂Se₃诱导的能带结构重构的固有铁电极化。这种重构导致石墨烯的狄拉克点移动到费米能级之上，导致石墨烯内部出现p型掺杂。因此，Gr-In₂Se₃内的掺杂程度和由此产生的界面肖特基势垒可以通过净偶极子排列(指向或远离石墨烯层)进一步调节，从而改变异质堆叠的电子性质。通过在10-50 mV范围内保持静态漏极偏置V_D的情况下，施加双扫描栅极电压(V_G=±80 V)来测量转移特性(I_D-V_G)。所有V_D值测量的电导值非常一致，表明具有很高的电流保真度(图1h)。进一步的观察表明，增加V_D会导致FET电导轻微降低，特别是在逐渐升高的栅极电压下。这种行为可以归因于In₂Se₃的半导体铁电性质。具体来说，In₂Se₃中电荷浓度的变化是由于栅极诱导的电荷以及铁电偶极子的旋转引起的。这种纠缠电荷分布现象有效地影响了相邻的石墨烯层。随着漏极偏置增加，额外的自由载流子被注入并通过石墨烯沟道传输，这反过来影响了In₂Se₃层下的平衡条件，在高活性栅极偏置的情况下，可能导致电导值的微小偏差。值得注意的是，接近零的栅极电压区域保持一致的电导值，这表明在没有栅极偏置诱导载流子的情况下，In₂Se₃的电导值不显著。转移曲线与石墨烯预期的“钟形”外观不同。在正栅极电压下观察到的较低的电流大小和狄拉克电压的位移可以归因于底层n型In₂Se₃薄膜的存在。当施加的栅极电压超过In₂Se₃载流子传导的阈值电压(V_G>V_T)时，栅极诱导的积累电子开始屏蔽施加到石墨烯沟道的背栅电位，导致饱和电阻水平。此外，该器件在V_G=-80 V处显示出高电导(~630 μA/V)，在正向电压循环(-80 V→+80 V)期间迅速下降，并在V_G=V_Dirac=+22 V附近达到电荷中性条件(即狄拉克点)，在50 mV漏极偏置下，最小电导为~380 μA/V(R=R_max)。随后，电导在狄拉克点(V_Dirac)以上向正栅极电压方向上升，在V_G=+80 V时达到~420 μA/V。在反向扫描(+80 V→-80 V)过程中，电导呈现出典型的逆时针迟滞特性。还实现了狄拉克电压(V_Dirac≈+50 V)的明显移动和超过~55 V的大存储窗口。因此，可以在不同的极化条件下实现沟道电导的显著调制。特别是，在V_G=+80 V持续10 s后，由于底层α-In₂Se₃的向上极化，器件电导被设置为更高的电导“开”状态，即~480 μA/V@V_G=0 V(编程)。当极化方向向下翻转时，通过施加V_G=-80 V 10 s，电导可以复位到低电导“关”状态(~400 μA/V@V_G=0 V)。外部电场辅助的铁电偶极子开关和随后从In₂Se₃到石墨烯的电荷转移证实了足够宽逆时针迟滞回线的存在，这导致了类似忆阻器的行为。在正向和反向扫描中，提取的空穴迁移率分别为~304和~479 cm²/(V·s)，而电子迁移率为~113 cm²/(V·s)，表明了低载流子散射。重要的是，低至~10 mV的电源电压足以产生高导通电流(~5 μA)，而不会改变诱导的铁电状态，这对于低功率，高速忆阻器至关重要。

图2. （a）不同循环栅极扫描范围下HS-FET的沟道电导。（b）在正和负栅极偏置扫描后，在V_G=0 V记录的沟道电导。（c）黑暗和光照下HS-FET的单扫描曲线(I_D-V_G)。（d）黑暗和不同光照强度下的I_D-V_G。（e）不同栅极脉冲幅度的周期性光照下，漏极电流绝对变化的时间演变。（f）最后一次光脉冲后计算的光电流和非易失性关断状态电流(也称为突触后电流，PSC)与外加栅极脉冲幅度的关系。

在±80 V范围内，随着栅极电压扫描增加，循环I_D-V_G特性表明迟滞回线逐渐增加，这归因于α-In₂Se₃中的铁电偶极子开关(图2a)。在V_G=0 V下测量的两个电导水平之间的差被定义为低电阻(LRS)和高电阻(HRS)状态之间的偏移，分别对于极化向上(P_up)和极化向下(P_down)。残余电导值表示铁电偶极诱导的记忆电流或突触后电流(PSC)，随着施加的正(负)栅极电压增加而逐渐增加(减少)(图2b)。这种效应归因于铁电偶极子排列的逐渐增加，这通过改变HS的能带排列和随后跨异质界面上电荷转移来增加(减少)石墨烯沟道中的空穴浓度。有趣的是，电导值在超过+50 V极化的正栅极方向上是饱和的，而在负栅极方向上则持续下降。最显著的特点是HRS和LRS之间的分离可以调到~110 μA/V(@V_G=±80 V)，表明具有很强的铁电栅控效应(图2b)。为了证明Gr-In₂Se₃ HS器件作为潜在的光电探测器，本文进一步获得了在黑暗和连续白光LED光照(强度~96 mW/μm²)下的转移特性，电导与外加栅极电压的关系如图2c所示。辐照后，入射光子(E_λ>E_g-In2Se3)主要被In₂Se₃薄膜吸收，生成光生载流子(e-h对)。这些光激发电荷载流子克服了界面势垒，并根据所施加的栅极电压转移到相邻的石墨烯层，导致石墨烯沟道中的电子/空穴密度发生明显变化。从+80 V→-20 V，随着V_G减小，光电导率急剧增加，随着负V_G增大，光电导率基本保持在120 μA/V的最大值。光照下电流的减小源于In₂Se₃光电子向p掺杂石墨烯的转移，使其费米能级更接近狄拉克点。负栅极条件下增强的光响应归因于n型In₂Se₃层未屏蔽的施加场，从而导致更高的电子转移到石墨烯。在光照条件下，LRS和HRS之间的调制比黑暗条件下更小，这是由于大量光生载流子的积累，从而恢复了石墨烯的双极性性质。该光电晶体管在黑暗和不同功率密度光照下的转移特性如图2d所示。随着光强度增加，光响应变得更加明显，并在高强度下饱和，电荷中性点向本征位置移动。

在20 s的周期光脉冲照射下，记录了不同栅极条件下的动态漏极电流演变。图2e为连续五次光激发后I_D随时间的绝对变化。不同栅极极化后电流水平(光照下和光照后)的显著变化表明，Gr-In₂Se₃ HS中极化相关的光产生和电荷输运。打开LED后，I_D的绝对振幅从其初始水平急剧跃升并达到最大值，该值被定义为导通状态电流(I_D-on)。计算了每个栅极脉冲幅度的绝对光电流(I_Ph)，结果如图2f所示，其中观察到强烈依赖于栅极历史的光电流幅度。趣的是，I_Ph在负极化后低至~0.2 μA，而在正极化时达到最大值~1.25 μA，这与栅极扫描相反(图2c)。仔细观察发现，在负栅极脉冲期间，该器件表现出稳定的光电流水平，随后的光脉冲每次都保持返回到原始的暗电流水平，表现出典型的光电探测器特性。相比之下，在一个正的V_G脉冲后，I_Ph随着每一个连续的光脉冲而增加，这可以作为突触操作的权重更新。此外，测量的I_D在光激发后不会返回到其初始暗电流水平，从而导致光致存储或ORAM行为。光关闭后电流水平的绝对变化可以定义为突触后电流，当V_G=+80 V时，突触后电流呈指数增长至0.8 μA。为了更好地理解，本文用图片描述了光电流(I_Ph)和突触后电流(IPSC)之间的区别，(图2f)。根据栅极驱动强度，光存储状态(也称为突触可塑性)可以在不同的时间内保持，这有助于复制光可控的STP或LTP特性。通过施加负栅脉冲可以很容易地消除光塑性。值得注意的是，在很大的动态栅极电压范围内，分辨良好的电流水平(开/关)和光响应随时间持续存在，这是突触/逻辑操作的先决条件。因此，HS的栅极可控光电流调制和二位开关操作能力使动态光电探测器和多功能电子存储器件的设计成为可能。

图3. （a-c）测量的形貌以及-80 V和+80 V栅极电压撤回后的表面电位成像。（d）跨Gr-In₂Se₃-Au平面结构的表面电位分布。（e）黑暗和光照条件下HS-FET的循环转移特性。（f）四种典型情况下HS的能带排列和诱导的铁电极化的示意图，证明了从In₂Se₃到石墨烯层的光生载流子传输增强和抑制。

为了定量研究HS极化的相关电子特性和相应的能带图，本文进行了调频开尔文探针力显微镜(FM-KPFM)测量。由于石墨烯的半金属性质可以有效地屏蔽下面的铁电场，因此采用另一种几何形状，将Gr-In₂Se₃的异质界面暴露在针尖(图3a)来进行测量。利用In₂Se₃的本征IP和OOP互锁偶极子特性，通过外部横向静电场(V_G)进行界面偶极子旋转。在-80 V(图3b)和+80 V(图3c)栅极电压驱动下，表面电位成像显示出明显的对比变化，表明栅极诱导的极化开关和相应的能带对齐调制。交替栅极驱动的界面横截面表面电位分布与原始状态一起绘制，如图3d所示。当V_G=+80 V(编程状态)时，石墨烯层间的电位高于In₂Se₃，表明石墨烯中的费米能级深度进入价带。在-80 V栅极极化(擦除状态)后，观察到明显的表面电位变化，特别是在石墨烯层上，表明石墨烯中的费米能级向上移动，更接近电荷中性点。在In₂Se₃区域，由于诱导的IP极化，表面电位斜率也发生了明显的变化，而相邻的石墨烯层显示出均匀的电位。这种通过OOP栅极诱导电场的IP偶极子反转进一步验证了α-In₂Se₃的正交互锁性质。在Gr-In₂Se₃界面起始处的突然电位下降是由于能带不连续，表明形成了明确的界面势垒。

为了解释实验结果并建立HS-FET的深层电可重构工作原理，图3f简要描述了四个代表性案例(图3e中的1-4)的模型能带图。(1)V_G=-80 V有源栅极，(2)V_G=+80 V有源栅极，(3)负栅极驱动后V_G=0 V，(4)正栅极驱动后V_G=0 V的能量图。能带弯曲和相对势垒高度根据KPFM进行调节(图3d)。总的来说，器件上的有效横向电场(E_eff)由HS界面上的内建电场(E_bi)和In₂Se₃ E_FE内的极化场(即E_eff=±E_bi±E_FE)组成。特别是，α-In₂Se₃中的E_FE负极化后指向异质界面(图3f-3)，导致石墨烯中的空穴耗尽，从而导致高电阻“关断”状态(逻辑“0”)。相反，在正栅极极化后，E_FE被引导远离界面(图3f-4)，因此E_F向下移至价带更深，导致低电阻“导通”状态(逻辑“1”)。异质界面上的交变电场对带间光生载流子传输有深远的影响。特别是，在正向V_G驱动后(图3f-4)，E_bi和E_FE都指向远离石墨烯的方向。因此，E_eff诱导的光生电子有效地转移到石墨烯沟道中，从而产生更高的光响应。相反，在负栅极极化之后(图3f-3)，E_FE朝向界面，导致E_eff变弱，从而抑制光生电子转移并且光响应降低。此外，2D In₂Se₃晶体是局域化的空穴阱，它允许在光照下逐渐积累光生空穴，从而导致长时间的净电荷存储。这些多余的空穴可以通过与石墨烯沟道的电容耦合作为一个虚拟的正栅极(光浮栅效应)。负栅极脉冲最终可以通过向上的能带弯曲释放存储的空穴并复位器件。

图4. （a&b）HS-FET突触后漏极电流的时间演变。（c&d）vdW-HS FET在不同脉冲幅度(保持脉冲宽度不变)和脉冲宽度(保持脉冲幅度不变)下栅极调制的增强和习惯化响应。

对于人工神经形态的应用来说，多位、渐进的非易失性电导更新(突触权重)是理想的。因此，本文利用并行光子-电子输入权重信号展示了多级NVM原型器件。在连续的栅极(电子)和光(光子)脉冲集的刺激下，作为生物启发电子突触的控制输入，记录了漏极电流(ΔI_D或I_PSC)随时间的动态演变。本文还研究了脉冲宽度(Δw)和振幅(V_G和功率密度P_d)的影响。图4a描述了10次不同振幅(±80 V范围)的累积方波栅极脉冲刺激后电子操控的突触后电流(I_PSC-E)曲线。I_PSC-E水平并没有完全恢复到初始水平。相反，它会根据V_G大小的历史达到不同的电流水平，表明兴奋性非易失性存储，这可以称为受刺激的突触增强/抑制。此外，每次重复相同的兴奋性(抑制性)刺激都会将非易失性(NV)I_PSC-E的幅度增加(降低)到一个相对较高(较低)的值，从而使突触操作的调节因子得到修正。为了评估增强和抑制作用，在第17秒(第10次脉冲后)提取饱和I_PSC-E，并根据施加的V_G绘制图(图4c)。对于低偏置(≤±20 V)，由于弱铁电场，观察到可以忽略不计的NV-I_PSC-E，而对于较大的偏置，则获得了明显的I_PSC-E。在±20~±60 V范围内，I_PSC-E量级轻度增加，表明更多的偶极子逐渐参与了Gr沟道中的场辅助开关和随后的电荷调制，这表明突触进入了NV段。相比之下，NV-I_PSC-E在±80 V时显著升高，这是由于在Gr中受到较高极化场强的影响而产生的强掺杂效应。此外，本文还研究了可变电子脉冲宽度(Δw)相关的沟道电导演变(图4b和d)。连续的相同电子脉冲逐渐调制沟道电导，直到达到假饱和水平，这是神经形态操作的一个重要的符号特征。在第10秒后观察到NV-I_PSC-E(在第10次脉冲之后)的保留，其与脉冲宽度的关系如图4d所示。随着脉冲宽度增加，由于逐渐的铁电畴切换，I_PSC-E水平被亚线性放大(淬灭)。当脉冲宽度小于100 ms时，I_PSC-E值较低，从而可以模拟由于部分畴操作导致的短时程可塑性(STP)。重复的更长脉冲宽度(≥100 ms)足以实现栅极驱动的铁电畴累积反转，并且由此产生的E_FE足够大，可以维持和调节石墨烯沟道中的载流子密度。因此，剩余的I_PSC-E值随后会随着更快的增强/抑制而饱和，此时突触进入长时程可塑性(LTP)状态。

图5. 通过电和光双栅模式刺激的光电突触器件。（a&c）在不同脉冲强度638和406 nm波长光照下，两种极端栅极电压条件(V_G=±80 V)下的绝对动态突触后电流(PSC)响应。（b&d）两个极端栅极电压(V_G=±80 V)和两个脉冲(第一次和第5次光照)下，栅极可调谐的光响应率和PSC与638 nm和406 nm辐照光幅值的关系。（e）正栅极驱动后脉冲宽度相关的PSC响应。（f）光电流和突触可塑性与光脉冲宽度的关系。

本文进一步在各种光子调制信号下对器件进行了表征，以评估光敏性和非易失性，目标是存储器和传感器内的多位逻辑操作。在两个极端电子极化(V_G=±80 V，A输入)下，施加五组不同强度(B输入)的周期光脉冲(λ=638 nm)，监测漏极电流(ΔI_D)的动态变化(图5a)。在光照下，由于光电流的产生，电流水平瞬间从初始状态跃迁到导通状态。值得注意的是，在-80 V栅极驱动后，当光照关闭时，I_Ph迅速恢复到初始导通水平，这意味着NV状态的消失。值得注意的是，在+80 V栅极驱动(电子编程)后，去除光脉冲，I_Ph稳定在一个新的更高电流水平，表现出持续的光电导。这种非易失性可以通过可调的光强度进一步转化为多个中间NVM状态(对应于多位光子存储器)(图5a,b)，实现高存储密度的传感器内逻辑运算。值得注意的是，I_Ph和I_PSC-Op都随着光脉冲的重复而略有提高。因此，光电探测器和ORAM模式之间的有效切换可以通过简单地反转In₂Se₃内部栅极诱导的偶极子顺序来实现。为了进一步研究器件在不同波长条件下的工作情况，本文分别使用了较低波长(406 nm)和较高波长(980 nm)的光源。在蓝光(406 nm)照射下，观察到类似的特征(图5c)。在1550 nm激发下进行的类似测量没有显示光电流以及PSC，这表明观察到的现象与In₂Se₃内部的光子吸收有关，而石墨烯的直接吸收可以忽略不计。对于638 nm(图5b)和406 nm(图5d)，正栅极和负栅极驱动的光响应率以及提取的正栅极I_PSC-Op根据光照强度绘制。对于两个极性相反的状态，结果显示出(λ)量级的显著变化。经正极化后，第一次脉冲辐照后初始值为~280 A/W，第5次脉冲辐照后逐渐增加到~540 A/W。同样，对于负极化，(λ)分别从第一次和第五次脉冲的~80增加到~140 A/W。重复脉冲响应率的增强归因于In₂Se₃内空穴积累的增加。此外，在负极化后，(λ)量级在测量的光强度范围内几乎不变，这意味着线性光电流产生和理想的线性动态范围光电探测器特性。本文还评估了脉冲宽度(Δw)对光响应和由此产生的NV功能的影响。图5e显示了+80 V栅极驱动后Δw在1-10 s范围内调制的时间分辨ΔI_D。虽然I_Ph在短脉冲暴露后会迅速衰减，导致超短塑性或STP行为，但其大小和光子存储状态随着更宽的光脉冲暴露(LTP特性)而增强。观察到的I_Ph和NV I_PSC-Op与光脉冲宽度的关系一起绘制(图5f)，显示出必要的线性动态范围光电行为。此外，通过调节脉冲宽度实现的STP到LTP增强显示了传感器内短期数据保留(如缓存存储器)和传感器内相关逻辑操作的巨大潜力。

图6. 生物突触和电子突触的示意图。

最后，图6给出了一个示例性的生物突触通信系统，其中两个输入神经元在类脑信息处理过程中控制下一级神经输出。右图显示了相应的等效光电神经形态电路，它可以作为视网膜神经元(即仿生眼)的电子对口，其中光刺激作为编码输入信号，传输的视觉信息可以同时直接存储(ORAM)和处理(逻辑)。

总结与展望

本文利用单层石墨烯作为快速载流子传输沟道和2D铁电In₂Se₃纳米片制备了vdW-HS FET，来模拟高能效光电突触。α-In₂Se₃中诱导的铁电态在光生载流子迁移、层间电荷分离以及随后的沟道电导调制方面起着关键作用。本文实现了具有明确内部状态调制的显著低读出电压(10 mV)，这意味着非常理想的节能操作。该器件的电导可以通过多个静电栅极脉冲连续设计，从而实现可区分、多级NVM基电子突触行为。此外，宽带光输入进一步调制了器件的电导率，用于复制固有的光电导或多种非易失性ORAM与逻辑操作相结合。此外，该器件在不同条件下表现出稳定性和可重复性，而无需额外的放大，这对于CMOS基焦平面阵列电路尤其有利。经KPFM测量证实，该结构提供了残余铁电场可调谐的界面能带对齐。最后，最先进的异质突触FET展示了关键特性，包括可编程，多位NV电导和一系列STP和LTP行为。通过光学和电刺激对器件进行编程，并通过电擦除恢复初始状态，表明了潜在的“光设置-电复位”逻辑器件。HSs中集成光电探测器与多位NVM、ORAM及并行逻辑运算的能力，为构建全2D光电突触提供了良好的机会，可以扩展到具有多种信号调制能力的先进神经形态器件，实现类脑视觉系统、片上光通信、低功耗边缘计算等。

文献信息

Graphene-In₂Se₃ van der Waals Heterojunction Neuristor for Optical In-Memory Bimodal Operation

（ACS Nano, 2023, DOI:10.1021/acsnano.3c03820）

文献链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c03820