With the development of neuromorphic electronics, much effort has been devoted to the design and manufacture of synaptic electronic devices with large scale and cost-efficient. In this paper, an In2O3 synaptic transistor array gated by screen-printed ion-gel was demonstrated. Due to the ion-gel/Al2O3 stacked gate dielectric, all devices on the array achieved a large hysteresis window of >1 V, a steep back sweep subthreshold swing of <60 mV/decade, and a nonvolatile memory behavior, showing that the screen-printed ion-gel has satisfactory uniformity in large scale. In addition, short-term to long-term plasticity, paired-pulse facilitation, and spike-rate-dependent plasticity are simulated. Based on the plasticity regulated with the spike frequency, a high-pass filter was realized. Flash memory as a special memory model in the nervous system has been simulated in the array. This study provides a unique platform for designing high-performance, repeatable, and stable artificial synapses for the neuromorphic system.

1.
S.
Dai
,
X.
Wu
,
D.
Liu
,
Y.
Chu
,
K.
Wang
,
B.
Yang
, and
J.
Huang
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
10
,
21472
(
2018
).
2.
D.
Hao
,
J.
Zhang
,
S.
Dai
,
J.
Zhang
, and
J.
Huang
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
12
,
39487
(
2020
).
3.
Y.
Ni
,
J.
Feng
,
J.
Liu
,
H.
Yu
,
H.
Wei
,
Y.
Du
,
L.
Liu
,
L.
Sun
,
J.
Zhou
, and
W.
Xu
,
Adv. Sci.
9
,
e2102036
(
2022
).
4.
L. Q.
Zhu
,
C. J.
Wan
,
L. Q.
Guo
,
Y.
Shi
, and
Q.
Wan
,
Nat. Commun.
5
,
3158
(
2014
).
5.
Z.
Zhang
,
Z.
Wang
,
T.
Shi
,
C.
Bi
,
F.
Rao
,
Y.
Cai
,
Q.
Liu
,
H.
Wu
, and
P.
Zhou
,
InfoMat
2
,
261
(
2020
).
6.
L.
Liu
,
W.
Xu
,
Y.
Ni
,
Z.
Xu
,
B.
Cui
,
J.
Liu
,
H.
Wei
, and
W.
Xu
,
ACS Nano
16
,
2282
(
2022
).
7.
H.
Han
,
H.
Yu
,
H.
Wei
,
J.
Gong
, and
W.
Xu
,
Small
15
,
e1900695
(
2019
).
8.
M.
Lee
,
W.
Lee
,
S.
Choi
,
J. W.
Jo
,
J.
Kim
,
S. K.
Park
, and
Y. H.
Kim
,
Adv. Mater.
29
,
1700951
(
2017
).
9.
C.
Wan
,
P.
Cai
,
X.
Guo
,
M.
Wang
,
N.
Matsuhisa
,
L.
Yang
,
Z.
Lv
,
Y.
Luo
,
X. J.
Loh
, and
X.
Chen
,
Nat. Commun.
11
,
4602
(
2020
).
10.
S.
Zhang
,
K.
Guo
,
L.
Sun
,
Y.
Ni
,
L.
Liu
,
W.
Xu
,
L.
Yang
, and
W.
Xu
,
Adv. Mater.
33
,
e2007350
(
2021
).
11.
J.
Tang
,
C.
He
,
J.
Tang
,
K.
Yue
,
Q.
Zhang
,
Y.
Liu
,
Q.
Wang
,
S.
Wang
,
N.
Li
,
C.
Shen
,
Y.
Zhao
,
J.
Liu
,
J.
Yuan
,
Z.
Wei
,
J.
Li
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
D.
Shang
,
S.
Wang
,
W.
Yang
,
R.
Yang
,
D.
Shi
, and
G.
Zhang
,
Adv. Funct. Mater.
31
,
2011083
(
2021
).
12.
X.
Deng
,
S. Q.
Wang
,
Y. X.
Liu
,
N.
Zhong
,
Y. H.
He
,
H.
Peng
,
P. H.
Xiang
, and
C. G.
Duan
,
Adv. Funct. Mater.
31
,
2101099
(
2021
).
13.
T.
Zeng
,
X.
Zou
,
Z.
Wang
,
G.
Yu
,
Z.
Yang
,
H.
Rong
,
C.
Zhang
,
H.
Xu
,
Y.
Lin
,
X.
Zhao
,
J.
Ma
,
G.
Zhu
, and
Y.
Liu
,
Small
17
,
e2006662
(
2021
).
14.
J.
Shi
,
J.
Zhang
,
L.
Yang
,
M.
Qu
,
D. C.
Qi
, and
K. H. L.
Zhang
,
Adv. Mater.
33
,
e2006230
(
2021
).
15.
J.
Xu
,
X.
Luo
,
S.
Hu
,
X.
Zhang
,
D.
Mei
,
F.
Liu
,
N.
Han
,
D.
Liu
,
X.
Gan
,
Y.
Cheng
, and
W.
Huang
,
Adv. Mater.
33
,
e2008080
(
2021
).
16.
J.
Bai
,
X.
Li
,
Z.
Zhu
,
Y.
Zheng
, and
W.
Hong
,
Adv. Mater.
33
,
e2005883
(
2021
).
17.
W.
Qiu
,
Y.
Huang
,
L. A.
Kong
,
Y.
Chen
,
W.
Liu
,
Z.
Wang
,
J.
Sun
,
Q.
Wan
,
J. H.
Cho
,
J.
Yang
, and
Y.
Gao
,
Adv. Funct. Mater.
30
,
2002325
(
2020
).
18.
J.
Sun
,
S.
Oh
,
Y.
Choi
,
S.
Seo
,
M. J.
Oh
,
M.
Lee
,
W. B.
Lee
,
P. J.
Yoo
,
J. H.
Cho
, and
J.-H.
Park
,
Adv. Funct. Mater.
28
,
1804397
(
2018
).
19.
H.
Wei
,
R.
Shi
,
L.
Sun
,
H.
Yu
,
J.
Gong
,
C.
Liu
,
Z.
Xu
,
Y.
Ni
,
J.
Xu
, and
W.
Xu
,
Nat. Commun.
12
,
1068
(
2021
).
20.
J.
Wang
,
Y.
Chen
,
L.-A.
Kong
,
Y.
Fu
,
Y.
Gao
, and
J.
Sun
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
151101
(
2018
).
21.
C.
Qian
,
L-a.
Kong
,
J.
Yang
,
Y.
Gao
, and
J.
Sun
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
083302
(
2017
).
22.
Y.
Fu
,
L. A.
Kong
,
Y.
Chen
,
J.
Wang
,
C.
Qian
,
Y.
Yuan
,
J.
Sun
,
Y.
Gao
, and
Q.
Wan
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
10
,
26443
(
2018
).
23.
J. H.
Cho
,
J.
Lee
,
Y.
Xia
,
B.
Kim
,
Y.
He
,
M. J.
Renn
,
T. P.
Lodge
, and
C. D.
Frisbie
,
Nat. Mater.
7
,
900
(
2008
).
24.
K.
Hong
,
S. H.
Kim
,
K. H.
Lee
, and
C. D.
Frisbie
,
Adv. Mater.
25
,
3413
(
2013
).
25.
P.
Feng
,
W.
Xu
,
Y.
Yang
,
X.
Wan
,
Y.
Shi
,
Q.
Wan
,
J.
Zhao
, and
Z.
Cui
,
Adv. Funct. Mater.
27
,
1604447
(
2017
).
26.
K. H.
Lee
,
M. S.
Kang
,
S.
Zhang
,
Y.
Gu
,
T. P.
Lodge
, and
C. D.
Frisbie
,
Adv. Mater.
24
,
4457
(
2012
).
27.
J.
Lenz
,
F.
Del Giudice
,
F. R.
Geisenhof
,
F.
Winterer
, and
R. T.
Weitz
,
Nat. Nanotechnol.
14
,
579
(
2019
).
28.
J.
Zhu
,
Y.
Yang
,
R.
Jia
,
Z.
Liang
,
W.
Zhu
,
Z. U.
Rehman
,
L.
Bao
,
X.
Zhang
,
Y.
Cai
,
L.
Song
, and
R.
Huang
,
Adv. Mater.
30
,
e1800195
(
2018
).
29.
Y.
Ni
,
M.
Ma
,
H.
Wei
,
J.
Gong
,
H.
Han
,
L.
Liu
,
Z.
Xu
, and
W.
Xu
,
Nano Energy
86
,
106038
(
2021
).
30.
M.
Kumar
,
D. K.
Ban
,
S. M.
Kim
,
J.
Kim
, and
C. P.
Wong
,
Adv. Electron. Mater.
5
,
1900467
(
2019
).
31.
S.
Gao
,
G.
Liu
,
H.
Yang
,
C.
Hu
,
Q.
Chen
,
G.
Gong
,
W.
Xue
,
X.
Yi
,
J.
Shang
, and
R. W.
Li
,
ACS Nano
13
,
2634
(
2019
).
32.
Y.
Meng
,
F.
Li
,
C.
Lan
,
X.
Bu
,
X.
Kang
,
R.
Wei
,
S.
Yip
,
D.
Li
,
T.
Takahashi
,
T.
Hosomi
,
K.
Nagashima
,
T.
Yanagida
, and
J. C.
Ho
,
Sci. Adv.
6
,
eabc6389
(
2020
).
33.
J. T.
Yang
,
C.
Ge
,
J. Y.
Du
,
H. Y.
Huang
,
M.
He
,
C.
Wang
,
H. B.
Lu
,
G. Z.
Yang
, and
K. J.
Jin
,
Adv. Mater.
30
,
e1801548
(
2018
).
34.
R. A.
John
,
J.
Ko
,
M. R.
Kulkarni
,
N.
Tiwari
,
N. A.
Chien
,
N. G.
Ing
,
W. L.
Leong
, and
N.
Mathews
,
Small
13
,
1701193
(
2017
).
35.
C. S.
Yang
,
D. S.
Shang
,
N.
Liu
,
E. J.
Fuller
,
S.
Agrawal
,
A. A.
Talin
,
Y. Q.
Li
,
B. G.
Shen
, and
Y.
Sun
,
Adv. Funct. Mater.
28
,
1804170
(
2018
).
36.
W.
Huang
,
P.
Hang
,
Y.
Wang
,
K.
Wang
,
S.
Han
,
Z.
Chen
,
W.
Peng
,
Y.
Zhu
,
M.
Xu
,
Y.
Zhang
,
Y.
Fang
,
X.
Yu
,
D.
Yang
, and
X.
Pi
,
Nano Energy
73
,
104790
(
2020
).
37.
W.
Liu
,
J.
Sun
,
W.
Qiu
,
Y.
Chen
,
Y.
Huang
,
J.
Wang
, and
J.
Yang
,
Nanoscale
11
,
21740
(
2019
).
38.
G.
Roll
,
J.
Mo
,
E.
Lind
,
S.
Johansson
, and
L. E.
Wernersson
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
203503
(
2015
).
39.
S. J.
Rhee
,
F.
Zhu
,
H.-S.
Kim
,
C. Y.
Kang
,
C. H.
Choi
,
M.
Zhang
,
T.
Lee
,
I.
Ok
,
S. A.
Krishnan
, and
J. C.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
153515
(
2006
).
40.
X.
Song
,
J.
Xu
,
L.
Liu
, and
P.-T.
Lai
,
Appl. Surf. Sci.
542
,
148437
(
2021
).
41.
A.
Daus
,
C.
Vogt
,
N.
Münzenrieder
,
L.
Petti
,
S.
Knobelspies
,
G.
Cantarella
,
M.
Luisier
,
G. A.
Salvatore
, and
G.
Tröster
,
J. Appl. Phys.
120
,
244501
(
2016
).
42.
A.
Daus
,
C.
Vogt
,
N.
Munzenrieder
,
L.
Petti
,
S.
Knobelspies
,
G.
Cantarella
,
M.
Luisier
,
G. A.
Salvatore
, and
G.
Troster
,
IEEE Trans. Electron Devices
64
,
2789
(
2017
).
43.
S.
Dai
,
Y.
Wang
,
J.
Zhang
,
Y.
Zhao
,
F.
Xiao
,
D.
Liu
,
T.
Wang
, and
J.
Huang
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
10
,
39983
(
2018
).
44.
B.
Yang
,
Y.
Lu
,
D.
Jiang
,
Z.
Li
,
Y.
Zeng
,
S.
Zhang
,
Y.
Ye
,
Z.
Liu
,
Q.
Ou
,
Y.
Wang
,
S.
Dai
,
Y.
Yi
, and
J.
Huang
,
Adv. Mater.
32
,
e2001227
(
2020
).
45.
J.
Shi
,
S. D.
Ha
,
Y.
Zhou
,
F.
Schoofs
, and
S.
Ramanathan
,
Nat. Commun.
4
,
2676
(
2013
).
46.
H.
Wang
,
H.
Liu
,
Q.
Zhao
,
Z.
Ni
,
Y.
Zou
,
J.
Yang
,
L.
Wang
,
Y.
Sun
,
Y.
Guo
,
W.
Hu
, and
Y.
Liu
,
Adv. Mater.
29
,
1701772
(
2017
).
47.
L.
Hu
,
J.
Yang
,
J.
Wang
,
P.
Cheng
,
L. O.
Chua
, and
F.
Zhuge
,
Adv. Funct. Mater.
31
,
2005582
(
2021
).
48.
H.
Wan
,
Y.
Cao
,
L. W.
Lo
,
J.
Zhao
,
N.
Sepulveda
, and
C.
Wang
,
ACS Nano
14
,
10402
(
2020
).
49.
B.
Li
,
Y.
Liu
,
C.
Wan
,
Z.
Liu
,
M.
Wang
,
D.
Qi
,
J.
Yu
,
P.
Cai
,
M.
Xiao
,
Y.
Zeng
, and
X.
Chen
,
Adv. Mater.
30
,
e1706395
(
2018
).
50.
D. M.
Diamond
,
A. M.
Campbell
,
C. R.
Park
,
J.
Halonen
, and
P. R.
Zoladz
,
Neural Plast.
2007
,
60803
.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.