使用矽鍺為材料的人造突觸

隨人們對神經科學的理解越深入，科學家與工程師也期望透過神經運作的原理設計出更具功能的計算元件而投入神經形態（neuromorphic）工程學這個領域。神經元之間的訊號透過突觸互相傳遞，最近MIT的團隊發展出以矽鍺為材料的人工突觸，可以仿神經元之間的訊號傳遞機制。

在半導體工程中絲狀電阻切換（filamentary resistive switching）可以作為儲存資料的一種方式，此一現象出現在薄絕緣體夾在兩層金屬導體之間的結構，當對這個結構施以正向偏壓，金屬陽離子或陰離子就會順著結構缺陷參雜進絕緣體形成導電絲，施予逆向偏壓導電絲又會斷開形成斷路。已經成形的導電絲可以在導通及斷路之間切換狀態，因此被運用來仿造神經突觸重新形成連結的機制。由於導電絲的形成取決於絕緣體結構，因此導電絲的產生模式過於隨機。為了解決此一問題，MIT的研究團隊使用矽鍺單晶體為材料，透過參雜鍺的濃度控制單晶體的缺陷密度，導電絲就會隨著晶體的一維缺陷生長達成穩定的開關模式。為了測試計算效能，研究團隊使用程式模擬電路的神經網路來辨識MNIST手寫文字，可以達成95%成功率。

神經突觸不只是記憶形成的關鍵，也包含了神經網路複雜的計算特性。此一研究成果被期望應用於高效能的神經網路運算，未來也希望突破現有的計算機架構，記憶體不僅作為儲存資料的裝置，同時也具備處理資料的運算功能。

撰文：高暐哲

原始論文：Choi, S.,et al.(2018). SiGe epitaxial memory for neuromorphic computing with reproducible high performance based on engineered dislocations. Nature Materials.
doi:10.1038/s41563-017-0001-5