興大、清大開發「新穎二維類腦神經突觸」　開啓人工神經新紀元

▲中興大學理學院物理系兼奈米所副教授林彥甫（右）、博士後研究員李夢姣（左）、學生楊豐碩（中）共同開發新穎二維類腦神經突觸。（圖／中興大學提供）

記者崔至雲／臺北報導

大數據時代來臨，需要更高速及高效的電腦運算能力，人腦具有每秒數千萬次的並行數據處理能力，而成爲電子元件開發時的師法對象。中興大學與清華大學共組團隊，運用二維層狀半導體材料中天然的氧化層，發現其傑出的短期記憶與長期記憶能力，開發出「新穎二維類腦神經突觸」人工電子元件。研究成果已發表於國際知名雜誌《自然通訊》。

中興大學理學院物理系兼奈米所副教授林彥甫表示，物聯網和人工智慧的蓬勃發展，對積體電路的革新提出了微型化、智慧化和操作可控性的嚴格要求。近年新興的材料二維層狀半導體，具有原子級厚度、大面積開發、優異的電荷傳性能等優勢，被視爲是能取代傳統「矽」的新世代材料，但多數二維層狀半導體材料對水、氧環境敏感，易氧化的特性，將造成電子元件嚴重的性能衰退，影響其進一步開發。

▲二維層狀硒化銦電晶體的示意圖。（圖／中興大學提供）

研究團隊反其道而行，嘗試藉助二維層狀材料的天然氧化層，利用其易氧化的特性，有效地操控其內部的電荷傳輸特性，發現天然氧化層的電荷儲存能力，實現新穎類腦神經功能。

與傳統電腦運算相較，人腦每秒有17.2萬億個動作電位，數千萬次的運算速度，透過由數千億顆突觸和神經元組成的神經網路對複雜資訊進行快速地傳遞、處理和記憶。興大團隊受此啓發，製備了一個帶有天然氧化層的二維層狀電晶體，透過其可控的電荷存儲能力，開發了該元件在揮發式記憶體和類神經突觸組件中的重要應用。

▲（a）基於硒化銦電晶體的人工突觸的示意圖。（b）100個連續尖峰脈衝下的增強和抑制權重狀態。（圖／中興大學提供）

該團隊經由探究天然氧化層在調節電荷傳輸過程中的物理機制和重要性，巧妙地利用它來開發簡單的非揮發性記憶體結構和電刺激的人工神經突觸組件。林彥甫提到，「這項工作能夠爲多數敏感的二維層狀半導體電子元件，在先進的人工神經形態計算領域的開發，樹立一個有意義的典範」。