西安交大科研人员在柔性有机场效应晶体管智能突触器件领域取得重要进展

冯诺依曼架构和摩尔定律发展的瓶颈降低了其对大量非结构化数据（图像和音频等）的处理效率。在生物物种中，光遗传学和生物成像共同调节神经元的功能。因此，受到人脑架构的启发，利用智能突触器件的可塑性原理实现新型神经形态计算可以提高计算速度，模拟人脑学习和视觉成像等功能。然而，目前报道的光电突触特性主要用于模拟简单的生物功能和单一波长光响应。因此，开发多波长光响应和多功能的柔性突触晶体管仍然面临挑战。

西安交通大学前沿院鲁广昊教授团队报道了一种具备多波长响应和多功能突触可塑性的柔性有机场效应智能突触晶体管。该研究通过在绝缘层和有机半导体层中间引入氧化铝（AlOX）纳米粒子进一步提高了光生激子的分离效率，从而增强了晶体管的光学突触可塑性（图1）。此外，通过优化AlOX的厚度，可以同时实现光电突触可塑性功能。在此基础上，该研究不仅展示了基本的电突触可塑性，包括兴奋性突触后电流（EPSC）、抑制性突触后电流（IPSC）、脉冲数量和时间依赖可塑性、多波长光响应突触可塑性（红光625 nm、绿光525 nm、紫外光365 nm）等功能，而且成功模拟了紫外光诱导的皮肤晒伤功能（图2），进一步提出了光电脉冲协同调节的学习效率模型。通过神经网络训练进一步实现了手写数字的高准确率识别，“鹿”图像学习和记忆功能也被成功模拟。这项工作为提高突触器件的光学响应和促进多功能神经形态计算系统的发展提供了有效策略。

图1 柔性智能突触晶体管的结构和光突触可塑性增强的机理图

图2 利用该器件模拟的不同程度皮肤晒伤功能模型

该成果以《增强的多波长响应柔性突触晶体管用于人类皮肤晒伤模拟和神经计算》（Enhanced Multi-wavelength Response of Flexible Synaptic Transistors for Human Sunburned Skin Simulation and Neuromorphic Computation）为题发表于材料科学领域顶级期刊《先进材料》（Advanced Materials），论文第一单位为西安交通大学前沿科学技术研究院与电力设备电气绝缘国家重点实验室，第一作者为西安交通大学前沿院博士生王欣，鲁广昊教授为本论文通讯作者。

该工作得到了国家自然科学基金、陕西省重点科技创新计划等项目的资助，并得到西安交通大学分析测试共享中心的支持。

文章连接：https://doi.org/10.1002/adma.202303699