传统的冯·诺依曼计算机只能按照人规定的程序进行工作，不能像人脑一样自主的学习。人脑是由多达1011-1012个神经元和1015个突触组成的复杂网络系统，虽然它的功耗只有20 W，但其学习和认知能力却超强。几十年来，科学家都梦想制造像人脑一样工作的智能计算机。神经元之间通过突触连接并传递信息。突触能够根据神经元产生的电信号的强度和时间点来记住这些通道，让人脑具有记忆能力。因此，突触仿生是构建神经形态电路和实现智能计算机的重要基础。利用单一电子器件实现对神经突触的仿生，一直是人工智能器件领域的重要问题和研究热点。近年来，研究者们采用忆阻器，原子开关，相变存储器等一系列两端电子器件和离子/电子杂化硅基晶体管等三端器件成功地模拟了神经突触的多种功能。象生物突触一样工作的晶体管又称之为突触晶体管，以栅极电压脉冲作为前突触尖峰刺激，沟道电导作为突触权重。双电层晶体管实质上也是一种离子/电子杂化晶体管，栅压通过离子/电子双电层静电耦合以及电化学反应来调控沟道导电性。双电层晶体管工作电压低，有利于降低电子系统的能耗。鉴于此，本文在深入研究质子导体栅介质的氧化物双电层晶体管电学性能的基础上，首次采用低压氧化物双电层晶体管模拟了突触的基本行为以及两个突触输入的时空信息整合，并探索了降低突触器件功耗的方法。本文的主要工作可以概括为以下几个方面:　　(1)氧化物双电层晶体管的制备和电学性能研究。一、PECVD制备了纳米颗粒磷掺杂SiO2栅介质，通过巧妙地控制射频溅射IZO薄膜过程中气氛的氧分压，制备了无结氧调制IZO沟道的双电层薄膜晶体管。研究发现，柔性无结IZO-TFT具有优异的晶体管性能，电流开关比＞106，工作电压＜1.2V，迁移率为65.8 cm2/V·s。无结IZO TFT工作模式可以通过调节氧分压从耗尽型向增强型转变。二、在绝缘衬底上，通过简单的两层薄膜沉积制备了侧向质子/电子耦合的无结IZO-TFT。由于磷掺杂SiO2具有三维质子传导特性，质子在侧向电场下直接远距离迁移，形成侧向的质子/电子耦合。强大的侧向质子/电子电容耦合使得侧向调控无结IZO-TFT工作电压在2.0 V以内，以及双侧栅无结IZO-TFT实现了“与”门逻辑运算。而且器件的性能基本不受栅极与源极之间距离的影响，实现了远距离的栅极调控。　　(2)突触基本特性的模拟。氧化物双电层晶体管的栅电极作为突触的输入端口，氧化物半导体沟道与源漏电极作为突触的输出端口，沟道的电导率作为突触的权重，模仿了生物突触尖峰工作模式。研究发现，氧化物双电层晶体管成功地仿生了多种突触基本功能，如兴奋性突触电流(EPSC)，抑制性突触电流(IPSC)，突触双脉冲易化(PPF)，突触短程塑性(STP)以及突触长程塑性(LTP)。分析表明双电层晶体管的移动离子/质子，双电层静电耦合以及电化学反应是双电层晶体管模拟突触功能的基础。　　(3)突触能耗的降低。通过改变自组装沟道厚度，采用高阻氧化物沟道和调节无结IZO沟道沉积氧分压来改变氧化物双电层晶体管的阈值电压。阈值电压越正，即增强模式的晶体管，有利于降低突触功耗。结果表明，减小自组装沟道厚度，采用高阻的IGZO沟道以及增加无结IZO沟道沉积氧分压都能一定程度上降低突触晶体管的能耗。特别是采用高阻IGZO沟道，单个EPSC的能耗仅为～0.2 pJ/spike。　　(4)突触网络时空信息整合。采用双侧栅结构的自组装IZO晶体管模拟两个突触输入信息的时空整合。两个侧栅电极作为两个突触的输入端口，氧化物半导体沟道电流即为受到两个栅极脉冲刺激后的整合电流，作为突触的信息整合输出。实验发现，双侧栅突触晶体管实现了两个突触输入的信息时空整合，兴奋性输入和抑制性输入的非线性动态整合以及具有长程塑性的突触信息整合。