兴大、清大开发「新颖二维类脑神经突触」 开启人工神经新纪元
▲中兴大学理学院物理系兼奈米所副教授林彦甫（右）、博士后研究员李梦姣（左）、学生杨丰硕（中）共同开发新颖二维类脑神经突触。（图／中兴大学提供）
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。中兴大学与清华大学共组团队，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，开发出「新颖二维类脑神经突触」人工电子元件。研究成果已发表于国际知名杂志《自然通讯》。
中兴大学理学院物理系兼奈米所副教授林彦甫表示，物联网和人工智慧的蓬勃发展，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。
▲（a）基于硒化铟电晶体的人工突触的示意图。（b）100个连续尖峰脉冲下的增强和抑制权重状态。（图／中兴大学提供）
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」。