以下文章来源于Artificial Synapse ，作者Synapse
研究背景
由于人脑具有超低能耗、并行计算和高容错性等特点，由光敏突触器件实现的视觉感知系统和人脑学习功能已被广泛探索。此外，柔性电子皮肤和类脑芯片的开发在很大程度上依赖于柔性多响应和多功能智能突触器件的进步。实现这一目标的一个重要里程碑是光电突触器件的成功设计，它是智能突触系统的基本构件。与两端器件不同，晶体管拥有更多的信号调制端口、更高的容错性和信噪比。然而，要丰富基于晶体管的视觉系统的光反应突触特性，还需要特殊的材料和结构设计。光电突触与多功能模拟的耦合调节需要进一步研究，以便与人工智能系统(AI)建立更紧密的联系。因此，在智能系统蓬勃发展的时代，多响应光突触器件和多功能系统的设计具有至关重要的意义。
利用光信号的高带宽和最小交联的优势，人工神经网络可以获得更高的计算速度。因此，设计光响应灵活的智能突触、探索响应机制和模拟多功能应用成为未来人工智能系统的关键领域。迄今为止，已有一些关于光刺激突触晶体管(LSST)及相关功能模拟的研究报道，主要集中在材料的内在光电导性或额外引入光敏材料(如钙钛矿量子点等)方面。为了增强 LSST 的光敏特性，研究人员探索了在有机晶体管中加入叶绿素，从而模拟突触可塑性和图像识别等基本功能。此外，利用多孔氧化物半导体固有的光电导特性，还实现了光响应突触晶体管和脉冲时间依赖性，例如，基于量子点-金属氧化物半导体异质结构建的全印刷光电突触晶体管，提高了光激发电荷的光致发光性和分离效率。此外，近年来还成功模拟了多功能光电突触晶体管，如旋转运动检测、痛觉传感、情绪模拟控制、动作控制、手势识别和多波长调节晶体管等。然而，这些器件需要特定的光敏材料、复杂的制造工艺和较差的灵活性。因此，研究灵活的突触器件、与材料无关的制备工艺、深入研究运行机制、开发多功能器件以充分发挥突触器件的优势并模拟人脑功能，势在必行。
研究成果
在生物物种中，光遗传学和生物成像技术共同调节神经元的功能。同样，光控人工突触系统不仅能提高计算速度，还能模拟复杂的突触功能。然而，目前报道的突触特性主要局限于模拟简单的生物功能和单一波长的反应。因此，开发具有多波长光信号响应和多功能模拟的灵活突触装置仍是一项挑战。西安交通大学鲁广昊教授团队报告了由 AlOx 实现的柔性有机光刺激突触晶体管 (LSST)，其制造工艺非常简单。通过嵌入 AlOx 纳米粒子，提高了激子分离效率，从而实现了多波长响应。优化后的 LSST 能以高度突触的方式对多种光信号和电信号做出响应。成功提出了多波长光突触可塑性、电突触可塑性、晒伤皮肤模拟、光电协同刺激控制的学习效率模型、神经网络计算、“小鹿”
学习和记忆功能，促进了未来人工智能系统的发展。此外，所制备的柔性晶体管具有弯曲半径小于 2.5 mm的机械柔性和更好的光突触可塑性，有助于在设备层面开发神经形态计算和多功能集成系统。相关研究以“Enhanced Multi-wavelength Response of Flexible Synaptic Transistors for Human Sunburned Skin Simulation and Neuromorphic Computation”为题发表在Advanced Materials期刊上。
图文导读
Figure 1: Configuration and synaptic characteristics with multi-wavelength response flexible synaptic transistor.
Figure 2: Performance and morphological characterization of transistors constructed with different AlOx thickness.
Figure 3: Performance of the basic electrical synaptic devices with 5 nm AlOx.
Figure 4: Multiwavelength light response synaptic properties.
Figure 5: Schematic diagram simulating the extent of skin damage using UV light training.
Figure 6: Schematic diagram of simulating learning efficiency effect using photoelectric training.
Figure 7: An artificial vision system for image acquisition and memory using neural network computing.
Figure 8: Mechanism of enhanced light response in OFET.
总结与展望
总之，通过加入AlOx纳米粒子来捕获电荷载流子，成功构建了柔性有机多反应 LSST。通过微调 AlOx的厚度，进一步增强了突触器件的电学和光学特性，从而促进了激子的有效分离。此外，突触功能还可通过单独的电脉冲、单独的光脉冲和光电协同脉冲进行调节。在此基础上，系统地研究了电突触诱导的兴奋和抑制特性、多波长反应特征以及光突触诱导的学习和记忆功能。此外，还成功演示和模拟了更复杂的功能，包括由紫外线调节的晒伤模型由光电协同调节的人脑学习效率模型，以及由紫外线脉冲调节的手写数字识别和鹿图像学习、记忆功能等任务。对光电信号的有效控制和多功能模拟将进一步推动人工智能的发展。此外，通过加入AlOx纳米粒子实现的光突触可塑性增强及其内在机理，将极大地促进器件级多功能突触集成模拟的发展。
文献链接
Enhanced Multi-wavelength Response of Flexible Synaptic Transistors for Human Sunburned Skin Simulation and Neuromorphic Computation
https://doi.org/10.1002/adma.202303699
转自：“i学术i科研”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
