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【公關組】興大團隊開發新穎二維類腦神經突觸 登自然通訊

更新時間:2020-10-20 08:14:47 / 張貼時間:2020-10-14 09:47:47
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新聞來源秘書室媒體公關組
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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,而成為電子元件開發時的師法對象。興大理學院物理系兼奈米所林彥甫副教授、李夢姣博士後研究員、學生楊豐碩等人與清華大學電機系連振炘教授共組的團隊,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。研究成果於今(2020)年6月發表於國際知名雜誌《自然通訊》(Nature Communications)。

林彥甫表示,物聯網(IoT)和人工智慧(AI)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,被視為是能取代傳統「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。研究團隊反其道而行,嘗試借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。興大團隊受此啟發,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。

團隊指出,二維層狀硒化銦電晶體通道底部帶有一層2 nm厚的天然氧化物,透過低頻雜訊的量測,系統地探究了元件中由表面效應所主導的電荷傳輸機制,並描繪出動態的電荷捕獲/釋放過程,發現該電子元件具有出色的耐用性和儲存特性的可靠性,同時具基本的突觸功能,包含有短期記憶到長期記憶,並透過構建人工神經網絡系統來模擬其圖片識別能力。這項工作結果表明,有效地操控半導體材料的氧化行為,對於控制其電子元件之電學性能和開發獨特的應用意義非凡。

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。林彥甫副教授提到:「這項工作能夠為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」。

最後,林彥甫副教授特別強調這樣研究成果實屬不易,感謝在興大共同努力、能互相砥礪的實驗室研究夥伴與成員,這群以興大為背景的成員,用實際行動力證明了團隊價值,並做到與全世界接軌的研究品質。

論文網址:https://www.nature.com/articles/s41467-020-16766-9
LIN Research Group



興大、清大共組團隊 14日宣布開發「新穎二維類腦神經突觸」人工電子元件

稿源:2020-10-14/工商/劉朱松

興大理學院物理系兼奈米所副教授林彥甫、博士後研究員李夢姣,及學生楊豐碩等人,與清華大學電機系教授連振炘共組的團隊,14日公開宣布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,並開發出「新穎二維類腦神經突觸」人工電子元件。

林彥甫說,「這項工作能夠為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」。

因大數據時代來臨,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,而成為電子元件開發時的師法對象。該項研究成果今年6月發表於國際知名雜誌《自然通訊》(Nature Communications)。

林彥甫表示,物聯網(IoT)和人工智慧(AI)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,被視為是能取代傳統「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。

研究團隊反其道而行,嘗試借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。

興大團隊受此啟發,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。

該團隊指出,二維層狀硒化銦電晶體通道底部帶有一層2奈米(nm)厚的天然氧化物,透過低頻雜訊的量測,系統地探究了元件中由表面效應所主導的電荷傳輸機制,並描繪出動態的電荷捕獲/釋放過程。

結果發現該電子元件具有出色的耐用性和儲存特性的可靠性,同時具基本的突觸功能,包含有短期記憶到長期記憶,可透過構建人工神經網絡系統,來模擬其圖片識別能力。這項工作結果表明,有效地操控半導體材料的氧化行為,對於控制其電子元件的電學性能和開發獨特的應用,意義非凡。

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,「這項工作能夠為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」。

最後,林彥甫特別強調,這樣研究成果實屬不易,感謝在興大共同努力、能互相砥礪的實驗室研究夥伴與成員,這群以興大為背景的成員,用實際行動力,證明了團隊價值,並做到與全世界接軌的研究品質。



二維層狀半導體新發現 興大登國際期刊

稿源:2020-10-14/ 中時/林欣儀

讓劣勢變優勢!新興半導體材料「二維層狀半導體」,雖有體積小優勢,但其易氧化的特性也容易造成電子元件性能衰退,秉持「面對它、解決它」的想法,興大研究團隊花費2年研究,發現其氧化層具高電荷儲存能力,進而開發出「新穎二維類腦神經突觸」人工電子元件,成果發表於國際期刊「自然通訊」。

興大物理系兼奈米所副教授林彥甫表示,物聯網與人工智慧的蓬勃發展,科技對積體電路提出微型化、智慧化與操作可控性的嚴格要求,而新興原料「二維層狀半導體」更被視為是可取代傳統「矽」的材料,其具有原子級厚度、大面積開發、優異的電荷傳性能等優勢。

體積小且效能高,但二維層狀半導體也因易氧化的特性、容易造成電子元件性能衰退,林彥甫說,目前多數研究團隊是朝避免其氧化發生的方向研究,興大團隊則反其道而行,決定設法解決氧化造成的傷害,花費2年時間研究,意外發現該氧化層竟具有電荷儲存能力。

林彥甫進一步解釋,人類腦神經的厲害之處,在於可快速處理資訊、並儲存具實用性的訊息,而現有半導體雖具有高效能處理能力,卻需要另外搭配儲存記憶體,若善用二維層狀半導體的氧化層,則可利用單一元件便達到電腦CPU及記憶空間雙重功能,等於人類腦神經的運算概念。

研究團隊成員包含林彥甫、博士後研究員李夢姣及學生楊豐碩、清華大學電機系教授連振炘等人;林彥甫強調,人類大腦是非常節省能源的裝置,未來「新穎二維類腦神經突觸」若獲得廣泛運用,將可在先進的人工神經型態計算領域中樹立典範。



興大、清大開發「新穎二維類腦神經突觸」 開啟人工神經新紀元

稿源:2020-10/17/ETtoday新聞雲/崔至雲

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,而成為電子元件開發時的師法對象。興大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》。

興大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,被視為是能取代傳統「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。

研究團隊反其道而行,嘗試借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。興大團隊受此啟發,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。

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,「這項工作能夠為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」。



興大團隊開發新穎二維類腦神經突觸 登自然通訊

稿源:2020-10-19/教育廣播電台

人腦具有每秒數千萬次的並行數據處理能力,成為電子元件開發時的師法對象。興大物理系林彥甫副教授等人,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。

林彥甫表示,物聯網(IoT)和人工智慧(AI)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,被視為是能取代傳統「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。研究團隊反其道而行,嘗試借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。興大團隊受此啟發,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。

團隊指出,二維層狀硒化銦電晶體通道底部帶有一層2 nm厚的天然氧化物,透過低頻雜訊的量測,系統地探究了元件中由表面效應所主導的電荷傳輸機制,並描繪出動態的電荷捕獲/釋放過程,發現該電子元件具有出色的耐用性和儲存特性的可靠性,同時具基本的突觸功能,包含有短期記憶到長期記憶,並透過構建人工神經網絡系統來模擬其圖片識別能力。這項工作結果表明,有效地操控半導體材料的氧化行為,對於控制其電子元件之電學性能和開發獨特的應用意義非凡。

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。林彥甫副教授提到:「這項工作能夠為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」。

最後,林彥甫副教授特別強調這樣研究成果實屬不易,感謝在興大共同努力、能互相砥礪的實驗室研究夥伴與成員,這群以興大為背景的成員,用實際行動力證明了團隊價值,並做到與全世界接軌的研究品質。
中興大學理學院物理系兼奈米所林彥甫副教授(右)、李夢姣博士後研究員(左)、學生楊豐碩(中)共同開發新穎二維類腦神經突觸

中興大學理學院物理系兼奈米所林彥甫副教授(右)、李夢姣博士後研究員(左)、學生楊豐碩(中)共同開發新穎二維類腦神經突觸

研究團隊成員

研究團隊成員

(a)二維層狀硒化銦電晶體的示意圖。 (b)硒化銦電晶體的高分辨率穿透式電子顯微鏡圖像。 (c)在不同條件下的有效界面陷阱密度。 (d)和(e)分別為硒化銦記憶體在大氣及真空環境條件下的電荷儲存性能和耐久特性測試結果。

(a)二維層狀硒化銦電晶體的示意圖。 (b)硒化銦電晶體的高分辨率穿透式電子顯微鏡圖像。 (c)在不同條件下的有效界面陷阱密度。 (d)和(e)分別為硒化銦記憶體在大氣及真空環境條件下的電荷儲存性能和耐久特性測試結果。

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