兴大、清大共组团队 14日宣布开发「新颖二维类脑神经突触」人工电子元件

（中兴大学理学院物理系兼奈米所副教授林彦甫（右1）、博士后研究员李梦姣（左1），及学生杨丰硕（中）等人，共同开发「新颖二维类脑神经突触」人工电子元件。图／兴大提供）

中兴大学理学院物理系兼奈米所副教授林彦甫、博士后研究员李梦姣，及学生杨丰硕等人，与清华大学电机系教授连振炘共组的团队，14日公开宣布运用二维层状半导体材料中天然的氧化层，发现其杰出的短期记忆与长期记忆能力，并开发出「新颖二维类脑神经突触」人工电子元件。

林彦甫说，「这项工作能够为多数敏感的二维层状半导体电子元件，在先进的人工神经形态计算领域的开发，树立一个有意义的典范」。

因大数据时代来临，需要更高速及高效的电脑运算能力，人脑具有每秒数千万次的并行数据处理能力，而成为电子元件开发时的师法对象。该项研究成果今年6月发表于国际知名杂志《自然通讯》（Nature Communications）。

林彦甫表示，物联网（IoT）和人工智慧（AI）的蓬勃发展，对积体电路的革新提出了微型化、智慧化和操作可控性的严格要求。近年新兴的材料二维层状半导体，具有原子级厚度、大面积开发、优异的电荷传性能等优势，被视为是能取代传统「矽」的新世代材料，但多数二维层状半导体材料对水、氧环境敏感，易氧化的特性，将造成电子元件严重的性能衰退，影响其进一步开发。

研究团队反其道而行，尝试借助二维层状材料的天然氧化层，利用其易氧化的特性，有效地操控其内部的电荷传输特性，发现天然氧化层的电荷储存能力，实现新颖类脑神经功能。

与传统电脑运算相较，人脑每秒有17.2万亿个动作电位，数千万次的运算速度，透过由数千亿颗突触和神经元组成的神经网路对复杂资讯，进行快速地传递、处理和记忆。

兴大团队受此启发，制备了一个带有天然氧化层的二维层状电晶体，透过其可控的电荷存储能力，开发了该元件在挥发式记忆体和类神经突触组件中的重要应用。

该团队指出，二维层状硒化铟电晶体通道底部带有一层2奈米（nm）厚的天然氧化物，透过低频杂讯的量测，系统地探究了元件中由表面效应所主导的电荷传输机制，并描绘出动态的电荷捕获/释放过程。

结果发现该电子元件具有出色的耐用性和储存特性的可靠性，同时具基本的突触功能，包含有短期记忆到长期记忆，可透过构建人工神经网络系统，来模拟其图片识别能力。这项工作结果表明，有效地操控半导体材料的氧化行为，对于控制其电子元件的电学性能和开发独特的应用，意义非凡。

该团队经由探究天然氧化层在调节电荷传输过程中的物理机制和重要性，巧妙地利用它来开发简单的非挥发性记忆体结构和电刺激的人工神经突触组件。林彦甫提到，「这项工作能够为多数敏感的二维层状半导体电子元件，在先进的人工神经形态计算领域的开发，树立一个有意义的典范」。

最后，林彦甫特别强调，这样研究成果实属不易，感谢在兴大共同努力、能互相砥砺的实验室研究伙伴与成员，这群以兴大为背景的成员，用实际行动力，证明了团队价值，并做到与全世界接轨的研究品质。