2015年11月4日，清华大学微电子所任天令教授课题组在纳米领域权威期刊《纳米快报》（NanoLetters）上在线发表了题为《可塑性可调的石墨烯动态突触》（“Graphene Dynamic Synapse with Modulatable Plasticity”）的研究论文，首次实现了基于二维材料的类突触器件，该工作利用了石墨烯独特的双极型输运特性，通过改变背栅电压来调控石墨烯的滞回曲线，从而首次实现了类突触器件的可塑性可调。微电子所博士毕业生田禾与硕士生米文天是文章的共同第一作者，任天令教授是论文的通讯作者。

图1在神经系统中，突触可塑性的表达强度是可变可调控的，这种动态的可塑性与生物体的复杂行为息息相关。通过改变背栅栅压，石墨烯类突触晶体管的电学特性也可以被调制，从而表现出不同类型、不同表达强度的突触可塑性。

近年来，随着特征尺寸的不断缩小，各种物理和技术上的制约使得微电子器件的发展遇到了瓶颈。类脑计算概念的提出，为微电子芯片的彻底革新提供了崭新的途径。人脑中有数以亿计的神经元，不同的神经元之间又由突触所连接，在这张庞大的神经网络中，突触扮演着最为基础和重要的角色，突触强度的可塑性是实现记忆和学习的基础。作为类脑芯片的基础，类突触器件近年来逐渐成为人们研究的焦点。生物体突触的可塑性是变化的，然而以往的类突触器件的可塑性均是静态、 不可调的，这极大制约了类脑系统更高程度智能的实现。

任天令教授课题组创新性的采用双层旋转石墨烯，结合氧化铝作为离子传输层实现了类突触器件，同时通过背栅作为神经调节器，来控制突触后输出电流信号的强度。在负的背栅电压下，可实现兴奋型的类突触行为，在正的背栅电压下，能够将突触行 为调制成抑制型，并且还能够模拟突触发育的全过程。这项工作首次实现了类突触器件的可塑性可调，为类脑芯片模仿人脑神经网络更高程度的智能提供了可能，在相关领域具有深远的意义，美国化学学会将会以《类人脑突触让电子系统更加智能》“Imitating synapses of the human brain could lead to smarter electronics”为题在其周报上（Weekly PressPac）发文亮点报道这项工作。

图 2石墨烯类突触器件的结构和测试结果，通过背栅电压的调制可调制类突触器件的可

近年来，任天令教授致力于石墨烯等二维电子器件的研究，尤其关注突破传统器件限制的新型器件，为新一代微纳电子器件技术奠定基础，在新型石墨烯基发光器件、存储器件和声学器件等方面已获得了多项创新成果，如光谱可调的石墨烯发光器件，以及存储窗口可调的石墨烯阻变存储器等。该研究成果得到了国家自然基金重点项目支持。

清华大学微电子研究所，长江学者特聘教授，国家杰出青年基金获得者。Email：RenTL@tsinghua.edu.cn

1971年出生于山东省济南市，1997年博士毕业于清华大学现代应用物理系，2003年起为清华大学微电子所教授，2011年至2012年为美国Stanford大学电子工程系访问教授。

近年来承担国家自然科学重点基金、国家重大科技专项、科技部863计划、科技部973计划等多项重要科研项目。主要研究方向为新型微纳电子器件与集成系统技 术，包括二维电子器件、新型存储器、微纳传感器与系统、柔性微电子器件与系统等。在国内外学术期刊和会议发表论文300余篇，包括SCI期刊论文160余篇，国际微电子领域顶级学术会议IEDM论文10篇；获得国内外发明专利50余项。

研究方向： 

1.二维电子器件及其它新型纳电子器件

    （1）   基于石墨烯的阻变存储器；

    （2）   基于石墨烯的声学器件；

    （3）   基于二维材料(石墨烯、硫化钼、黑磷、拓扑绝缘体等)的集成器件；

    （4）   基于磁阻效应（GMR、TMR等）或自旋调控的新型器件

2. 新型传感器与集成微系统（MEMS）

        （1）微声学器件与系统；

        （2）用于无线通信的射频滤波器、微天线、微电感等；

        （3） 集成微传感器（压力、温度、加速度、红外传感器等）；

        （4） 面向医疗、生化、环境应用的新型传感器与微系统

3. 新型半导体存储技术

        （1） 阻变存储器RRAM；

        （2） 铁电存储器FeRAM与FeFET

 4.微纳电子关键新技术

        （1） 柔性微纳电子技术；

        （2） 芯片能量控制关键新技术

（本文整理自清华官网http://www.tsinghua.edu.cn/publish/newthu/index.html）

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