中山大学提出新型晶体管原理，为构建多模态神经网络提供理论基础研究半导体已有多年的刘川教

研究半导体已有多年的刘川教授，一路走来都非常“直溜” ，既有专业选择上的一以贯之，也有科研生涯上的稳行高处。
本硕博毕业于清华和剑桥的物理系，获得博士学位后，他先后在半导体产业较为发达的日本和韩国工作。后于2014年回国加入中山大学电子与信息工程学院，主攻半导体材料和原理。

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图|刘川（来源：刘川）
他说：“我在日本国立物质材料研究所工作时，可以和一些高端半导体制造设备厂商共同研究，在他们的研发早期就能尝鲜使用厂商的设备，并通过双方的互动和反馈，根据设备使用情况提出修改的意见。另外，在日本的科研环境中，会不自觉地做得尽可能细致和深入，这也给我如今的科研工作风格带来了影响。 ”
而在韩国东国大学的工作环境中，他与合作教授以及企业的互动也比较频繁，但更加注重结果导向，节奏也比较快。
“可以说，在韩国的工作经历，在研究速度上给我提了一大截，也给我现在的科研工作中引入了进度控制的理念。在日韩的工作经验，分别从慢节奏的深入细致和快节奏的目标导向，给我带来了沉浸其中的体验。而现在，我也希望在二者之间做好平衡。 ”刘川表示。
而在前不久，他和团队的一项研究成果，解决了电解质栅晶体管在工作机理、调控方法以及潜在应用上的一些问题。为构建多模态的晶体管和神经网络，提供了底层的器件基础和理论基础。
同时，也能为制备和实现多模态晶体管的材料筛选、结构设计、编程应用、特性分析等，提供理论参考，还可以为开发神经形态计算的研究者提供基础硬件模型，以及为高密度低功耗的多模态神经形态硬件提供网络架构。

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（来源：NatureElectronics）

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结构更简单、功能适应性更强的晶体管新原理
据介绍，晶体管作为基本的计算单元，已被广泛用于人工突触模拟、神经形态计算等研究中。作为其中的一类，电解质栅晶体管展现了诸多优势，比如低工作电压、高输出电流、以及模拟突触长期记忆和短期记忆的能力。
然而，对于这些新现象，此前报道往往集中于分析其中某一种现象，而多种现象之间的本质联系是什么？至今依旧缺乏一个统一机理，去对其进行描述和理解，因此也就难以系统性地控制器件性能，更难以在神经形态计算中加以利用。
该团队注意到，虽然电解质栅晶体管的复杂性貌似一团“乱麻” ，但是串联这些纷繁现象的根本原因和主要线索，便是电解质中离子在电场中的动态过程。
其逻辑链条如下：离子的瞬时动态和既往历史，共同决定着电解质的界面电容，从而动态地影响着晶体管内半导体的界面电势，进而影响晶体管的工作电流。
可见，离子动态电容的复杂性，一方面会增加晶体管工作时的静电势、有效电容、沟道电荷电流的复杂性，一方面也为解释电解质栅晶体管的多种特性提供了基础。
为了解耦上面提到的多个动态变化的参数，该课题组推导出一种紧凑型理论，解决了固态电解质栅晶体管中时间和门控电流的复杂问题。
理论研究表明，受到栅电压的驱使，离子会在半导体介电层界面逐渐积累，此时界面电势和动态电容会随之增加；但是，当离子浓度达到饱和，界面电势也会到饱和，让动态电容随之减小。