离子电子学是一门新兴的交叉学科,它涵盖了电化学、凝聚态物理、微电子甚至生物科学等学科内容。离子电子学强调离子与电子之间的相互作用或者离子对电子的调控作用。电解质栅控技术是离子电子学研究中的一种典型技术手段,通过电解质栅控可以设计一些新原理信息器件,如场控超导、铁磁相变以及Mott相变等器件。双电层晶体管采用离子导体电解质材料作栅介质层,是一种典型的离子调控型电子器件。由于双电层晶体管中独特的离子栅控行为,它十分适合用作仿生突触器件。论文首先研制了氧化物双电层薄膜晶体管,并在晶体管上发现了不同的工作模式,然后进一步探索了双电层薄膜晶体管在仿生突触器件中的应用。本论文主要内容如下:（1）采用等离子体增强化学气相沉积技术制备了磷硅玻璃纳米颗粒薄膜（PSG）,该薄膜表现出了极高的室温质子电导率(⁹×10^-4S/cm)和极大的双电层电容（⁵μF/cm²）。采用PSG电解质薄膜作为栅介质,并采用低成本的磁控溅射工艺制备了底栅型和共平面栅型氧化物双电层薄膜晶体管,这些器件表现了良好的晶体管性能。比如,底栅型自组装ITO薄膜晶体管的工作电压仅为1.5V,迁移率达到7cm²V^-1s^-1,开关比达到1×10⁷,亚阈值斜率仅为⁸0mV/decade。（2）研制的IGZO双电层薄膜晶体管可以在赝二极管工作模式下进行操作。将底栅电极作为调控端,当调控端偏压由0.1V降低至-0.9V时,在±1V电压下赝二极管的整流比从²增大到5×10⁴。在1V的电压调控范围内,赝二极管的整流比可以从²增大到5×10⁴。在此赝二极管上,成功模拟了突触响应行为,如突触后电流极化/去极化行为、抑制性短程塑性行为和适应性行为等。（3）在PSG电解质上发现了与传统热氧化方法制备的SiO₂完全不同的电容充放电行为,PSG电解质电流充电后其电势呈现了独特的短时程衰减特性,这种迟豫放电行为源自电解质中的质子迁移特性。进一步基于这种独特的电容充放电过程,设计了一种具有双共平面栅结构的IWO双电层薄膜晶体管,并成功实现了对Hodgkin-Huxley突触膜电位响应的模仿,如静息电位、兴奋性/抑制性突触后电位、膜电位的极化/去极化、动作电位的激发等。