如果說到鋰離子電池與計(jì)算機(jī)有什么關(guān)系，那么小編最先想到的是鋰離子為計(jì)算機(jī)提供電能，如果我說現(xiàn)在鋰離子電池可以被用作計(jì)算機(jī)高精密電路中的一個(gè)重要的電子元器件，你會(huì)感到吃驚嗎？是的，小編剛開始拿到這篇文章的時(shí)候，也是不敢相信自己的眼睛。鋰離子電池作為一個(gè)看上去缺少技術(shù)含量的儲(chǔ)能設(shè)備，居然可以用在電子計(jì)算機(jī)的高精密度電路之中，著實(shí)讓人摸不著頭腦。小編心里只有一句話相對(duì)鋰離子電池說：你咋不上天呢？

　　近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)大規(guī)模信息存儲(chǔ)的需求越來越強(qiáng)烈，但是傳統(tǒng)的存儲(chǔ)元器件，例如SRAM和DRAM在存儲(chǔ)的過程中采用的為串行操作的邏輯架構(gòu)，因此不僅導(dǎo)致存儲(chǔ)的效率低，還大大增加了信息存儲(chǔ)過程中的能耗。為了克服傳統(tǒng)存儲(chǔ)器的缺點(diǎn)，我們可敬的工程師們開發(fā)出了交叉存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器顯著的特點(diǎn)就是采用了并行操作的邏輯架構(gòu)，提高了存儲(chǔ)器的工作效率，降低了信息存儲(chǔ)的能耗。

　　最近有報(bào)道顯示，基于絲狀金屬氧化物憶阻器的交叉陣列結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原型機(jī)，已經(jīng)能夠經(jīng)過訓(xùn)練，進(jìn)行簡(jiǎn)單的圖形辨識(shí)和文件分類。但是這些存儲(chǔ)器目前還存在諸多的局限性，影響了這些存儲(chǔ)元器件的正確性和能耗效率等，首當(dāng)其沖的就是嚴(yán)重的寫入噪音，寫入非線性和過高的開關(guān)電壓和電流。

　　為了克服目前的交叉存儲(chǔ)器的局限性，美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的ElliotJ．Fuller研發(fā)了一款基于鋰離子電池結(jié)構(gòu)的晶體管（LISTA），LISTA是一種全固態(tài)非揮發(fā)性的氧化還原的電阻開關(guān)晶體管，其作用機(jī)理是利用在加在LISTA兩端的電壓驅(qū)動(dòng)鋰離子在正負(fù)極之間嵌入和脫出，從而達(dá)到控制晶體管開關(guān)的目的。相比于其他類型的存儲(chǔ)器，LISTA的固體電解質(zhì)與導(dǎo)電通道之間的能量壁壘很低，Li＋在LiCoO2中的擴(kuò)散的活化能只有0．25eV左右，Li＋在LiCoO2中擴(kuò)散，小電流狀態(tài)下，過電勢(shì)最低只有5mV，在大電流下也只有100mV，因此僅需要很小的電壓就可以控制其的開關(guān)狀態(tài)。更為重要的是，在LISTA工作過程中不會(huì)像其他的存儲(chǔ)器一樣發(fā)生很大的相變，鋰離子在LiCoO2中擴(kuò)散僅會(huì)輕微的改變其晶體結(jié)構(gòu)。因此相比于其他類型的存儲(chǔ)器，LISTA具有低寫入噪聲，線性操作和低操作電壓和電流等優(yōu)點(diǎn)，可以極大的降低存儲(chǔ)器功耗，非常適合應(yīng)用在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中。

　　LISTA的結(jié)構(gòu)如上圖所示，在SiO2的基板上覆蓋了一層Pt和漏電極，并與一層120nm厚的LiCoO2導(dǎo)電通路相連，中間是一層400nm厚的LPON固體電解質(zhì)，另一側(cè)的覆蓋了一層20nm厚的Si柵電極，其工作原理是通過在柵電極上施加電壓，驅(qū)動(dòng)Li＋從導(dǎo)電通路經(jīng)過固體電解質(zhì)向柵電極遷移，從而控特種電通路中Li＋的濃度，在Li＋遷移出LiCoO2的過程中，LiCoO2完成了從絕緣體到金屬導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變，達(dá)到控特種電通路導(dǎo)電性的目的。選用LiCoO2的主要原因是其在固體電解質(zhì)中穩(wěn)定性好，并且具有良好的循環(huán)性能。LISTA的開關(guān)狀態(tài)可以保持?jǐn)?shù)周甚至是數(shù)月，雖然最終會(huì)由于自放電導(dǎo)致開關(guān)關(guān)閉，但是可以通過增加擴(kuò)散勢(shì)壘的方式得到很好的控制。實(shí)際上，目前的技術(shù)已經(jīng)可以將LISTA的自放電率控制在＜3％／年的水平，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一般也不會(huì)要求存儲(chǔ)時(shí)間達(dá)到10年，一般在存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中的信息每星期都會(huì)被重寫，所以目前LISTA的性能已經(jīng)能夠滿足現(xiàn)有的要求。讀寫測(cè)試表明，在10％的容量下，LISTA的使用周期可達(dá)100000次，基本滿足人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的需求，并且通過提高正極的晶體度和降低厚度，可以進(jìn)一步的提升LISTA的循環(huán)性能，而且在目前的存儲(chǔ)元器件中LISTA具有最高的信噪比，非常適合應(yīng)用在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中。

　　ElliotJ．Fuller的工作為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所需求的低功耗、低噪音和高線性存儲(chǔ)器的研發(fā)開創(chuàng)出了一條的新的思路，利用了Li＋在LiCoO2中擴(kuò)撒壁壘低，活化能低的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)出了具有極低功耗的高性能存儲(chǔ)器LISTA，極大的提高了大規(guī)模信息存儲(chǔ)的能耗效率，有助于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，也是鋰離子電池為人類科技發(fā)展所作出的又一大貢獻(xiàn)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　Li－IonSynapticTransistorforLowPowerAnalogComputing，Adv．Mater．2016，ElliotJ．Fuller，et．a(chǎn)l