随着集成电路技术节点逐渐逼近原子尺度,集成电路的发展逐渐进入到了物理尺度上的极限,与此同时,芯片的性能也逐渐逼近了极限。借鉴生物大脑的结构和工作方式,发展类脑芯片技术成为了提高芯片性能的一个新途径。突触是人脑中连接神经元的关键功能结构,对人的记忆和学习发挥着关键作用。研发可以模拟生物突触功能的电子突触器件,并且实现大规模的集成制造,是构建类脑芯片的基础。人脑内部依靠离子传递信息,因此,具有离子导体特性的固态电解质被用于实现突触功能的模拟。在固态电解质和半导体形成界面的位置,固态电解质内的离子与半导体内的载流子能够耦合形成电双层,这一效应被用作信号的传递而实现离子导体型突触晶体管。本研究针对离子导体型突触器件的大规模设计和应用,开发了顶栅离子导体型突触晶体管。研究中,使用等离子体增强气相沉积（PECVD）工艺沉积的二氧化硅（SiO₂）固态电解质薄膜作为离子导体材料,其与磁控溅射生长的非晶态氧化铟锌（α-IZO）半导体薄膜形成离子导体/半导体界面;器件制备采用CMOS兼容的平面图形化工艺;使用半导体参数测试仪对器件的晶体管特性和突触电学特性进行了测试,在小于1V的工作电压下实现了10⁶的开关比,用0.3V的脉冲编码序列模拟了突触的双脉冲异化（PPF）、高频滤波（filtering）等短时程可塑性（STP）。基于顶栅离子导体型突触晶体管实现的突触网络器件,本研究提出了一种依靠频率编码信号实现突触计算功能的方案,构建了离子导体型突触器件大规模应用的基础。另外,利用顶栅突触晶体管较低的工作电压的特性,设计和实现了一种工作电压低于1V的电双层反相器结构,探索了神经态电路和传统逻辑电路的兼容方案,也为低电压电路提供了一种电路选择。本论文对离子导体型的固态类突触电子器件的制备和应用进行了研究和探讨,实现了从器件原型的开发以及其应用于简单电路结构的设计和验证,有望推动超低功耗的类脑芯片的发展。