人类大脑是一台高效率、低能耗的并行智能计算机。构建工作方式如生物大脑一样的类脑智能计算体系,将会是在面临冯诺依曼瓶颈的今天的全新的发展方向。类脑的计算系统的发展方向可分为基于软件编程的人工神经网络和基于硬件在物理层面构建神经形态系统。基于软件的神经形态计算系统依然受制于冯诺依曼结构的硬件。因此从硬件层面突破传统的限制,构建模拟生物大脑的器件体系,才有实现大脑高度并行、低能耗、高可塑性的特质的可能性。突触是大脑实现信息传递和处理的关键部位,研制具有突触功能的器件对构建神经形态运算体系有着重要的意义。在突触仿生器件中,尤其是基于新型双电层栅介质中可移动离子界面调控的双电层薄膜晶体管(Electric-Double-LayerThin-FilmTransistors,EDL TFTs)在突触仿生方面具有巨大的应用前景。双电层TFTs的栅介质中富含可移动离子,在工作时这些离子会在电解质/沟道的界面形成稳定的双电层,赋予了栅介质巨大的比电容使得双电层TFTs能低电压下工作,极大减少了器件能耗。双电层TFTs的沟道电导会受因离子迁移产生的双电层电容调控,同时因为离子的运动速度远慢于电子,可在器件中观察到与突触塑性相似的行为。本论文基于双电层TFTs,包括以下主要研究内容:1.壳聚糖有机聚合物薄膜和经KH550硅烷偶联剂改性的氧化石墨烯薄膜两种电解质薄膜的实验室制备方法。以IZO电极/电解质薄膜/ITO电极的三明治结构器件表征了两种薄膜电学特性。制备工艺均使用溶液法,可在常温常压的空气环境中进行,且具备大规模生产的潜力。对两种电解质薄膜的电学特性表征表明了这两种薄膜都具有良好的电子绝缘性和离子导电性,是作为双电层TFTs栅介质的理想材料。本文还分别介绍了以两种薄膜作为栅介质的氧化物双电层TFTs的实验室制备工艺流程,并对制得的两种晶体管的电学性能进行了表征。这两种双电层TFTs均展现了低工作电压、高开关比、高场效应迁移率等良好的性能。2.使用基于氧化物双电层TFTs的人工突触器件对突触行为的模拟实验。氧化物双电层TFTs既能够作为以沟道电流为突触后输出信号的电流型人工突触,又可以与串联的固定电阻一起构成反相器突触器件,以电压的方式输出突触后信号。以突触前输入的电压脉冲信号的数量从少到多为脉络,本章展现了突触器件所具备的诸多种突触功能,包括兴奋性突触后电流/电压,双脉冲易化、高通滤波特性、时间整合与记忆特性、长程动态滤波特性、尖峰时间依赖突触可塑性和尖峰频率依赖突触可塑性。这些突触特性中既包含了短程突触塑性又有长程突触塑性,其形成的机理分别是双电层TFTs的静电调控效应与电化学掺杂过程。3.结合了无定形IGZO的光电特性和双电层TFTs的静电调控能力,在基于壳聚糖栅介质IGZO沟道的双电层TFTs人工突触器件中实现了光激发的突触功能模拟。更特别的是在用这中晶体管构成的反相器突触器件中引入了栅极电压的调控作用,构建了特性会随着栅极电压发生变化人工突触器件。最终在同一个突触器件中实现了长程增强和长程抑制特性。这项工作将会成为神经形态计算系统实现复杂运算功能的重要基础。