Side chain engineering enhances the high-temperature resilience and ambient stability of organic synaptic transistors for neuromorphic applications

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作者
Yijiao Zhao,Sheik Haseena,Mahesh Kumar Ravva,Shengjie Zhang,Xiang Li,Jiandong Jiang,Yujun Fu,Sahika Inal,Qi Wang,Shaobin Wang,Wan Yue,Iain McCullocn,Deyan He
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:104: 107985-107985 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107985
摘要

Organic synaptic transistors are considered to be one of the most promising device concepts for neuromorphic systems. However, repressively low memory retention and high-temperature instability greatly preclude the development and real-world application of organic synaptic transistors. Herein, we reported three conjugated polymers based on a bithiophene-thienothiophene backbone and the traditional ethylene glycol (EG) chains substituted by more hydrophobic propylene glycol (PG) and butylene glycol (BG) counterparts for three-terminal organic neuromorphic memory devices (TONMD). The resulting TONMD exhibits superior viability in ambient and high-temperature environments. BG chain-based p(b2T-TT) show ultra-long memory retention of over 103 s and large analog switching range (>10 ×) at 180 °C, which represents the record-high high-temperature resilience for reported TONMD to date. They also demonstrated excellent endurance of over 105 write-read operations and ultra-high ambient stability with 96 % of its original conductance after 3 months. Data of molecular dynamic simulations and microstructure show that the superior high-temperature resilience and ambient stability originate from more rigid conformation and stable morphology with the increased hydrophobicity of the PG and BG functionalities. Overall, rational design of oligoether side-chains will boost the device's dual high-temperature and ambient stability without compromising synaptic function and provide promising strategies for high-temperature neuromorphic applications.
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