Vertically Integrated Dual-Memtransistor Enabled Reconfigurable Heterosynaptic Sensorimotor Networks and In-Memory Neuromorphic Computing

神经形态工程学 可重构性 计算机科学 海兔 晶体管 材料科学 计算机体系结构 人工神经网络 神经科学 电压 电气工程 人工智能 工程类 心理学 电信
作者
Srilagna Sahoo,Abin Varghese,Aniket Sadashiva,Mayank Goyal,Jayatika Sakhuja,Debanjan Bhowmik,Saurabh Lodha
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c00683
摘要

Neuromorphic in-memory computing requires an area-efficient architecture for seamless and low-latency parallel processing of large volumes of data. Here, we report a compact, vertically integrated/stratified field-effect transistor (VSFET) consisting of a 2D nonferroelectric MoS2 FET channel stacked on a 2D ferroelectric In2Se3 FET channel. Electrostatic coupling between the ferroelectric and nonferroelectric semiconducting channels results in hysteretic transfer and output characteristics of both FETs. The gate-controlled MoS2 memtransistor is shown to emulate homosynaptic plasticity behavior with low nonlinearity, low epoch, and high accuracy supervised (ANN─artificial neural network) and unsupervised (SNN─spiking neural network) on-chip learning. Further, simultaneous measurements of the MoS2 and In2Se3 transistor synapses help to realize complex heterosynaptic cooperation and competition behaviors. These are shown to mimic advanced sensorimotor NN-controlled gill withdrawal reflex sensitization and habituation of a sea mollusk (Aplysia) with ultralow power consumption. Finally, we show logic reconfigurability of the VSFET to realize Boolean gates, thereby adding significant design flexibility for advanced computing technologies.
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