中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
人工視覺(jué)智能技術(shù)在安全、醫療和服務(wù)等領(lǐng)域頗有應用潛力。然而，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化和信息化的發(fā)展，基于馮·諾依曼構架的現有視覺(jué)系統因功耗問(wèn)題難以實(shí)時(shí)處理海量激增的視覺(jué)數據。仿生人類(lèi)視覺(jué)的光電突觸器件可集圖像信息采集、存儲和處理于一體，有效解決現有視覺(jué)系統存在的時(shí)效性、功耗等問(wèn)題。非晶氧化物半導體薄膜晶體管（TFT）作為傳統電子器件在顯示、電子電路等領(lǐng)域已實(shí)現產(chǎn)業(yè)化應用。因此，基于氧化物TFT的創(chuàng )新器件在產(chǎn)業(yè)工藝兼容性、與后端電路的在板集成等方面優(yōu)勢明顯，在仿生人類(lèi)視覺(jué)神經(jīng)突觸器件的研發(fā)方面，亟待解決如可見(jiàn)光響應弱、頻率高效選擇性、不同波段信號串擾等一些關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題。
中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所功能薄膜與智構器件團隊闡明了非晶氧化物半導體器件中與氧空位息息相關(guān)的突觸權重調控的微觀(guān)機理，為提高可見(jiàn)光響應奠定了理論基礎，設計了背溝道修飾pn異質(zhì)結的光電突觸TFT，有效耦合了三端器件的柵壓調控和兩端器件的內建電場(chǎng)調控功能，兼具高光電響應、易集成、低功耗等優(yōu)勢。
近期，該團隊攜手福州大學(xué)教授張海忠團隊，設計了基于InP量子點(diǎn)/InSnZnO的光電TFT的仿生視覺(jué)傳感器，將氧化物半導體優(yōu)異的電傳輸特性和InP量子點(diǎn)良好的寬光譜響應特性有機結合，使器件具有優(yōu)異的柵極可控性和可見(jiàn)光響應特性，通過(guò)簡(jiǎn)單控制柵極偏置實(shí)現初始狀態(tài)的調控，仿生模擬了人眼暗視和明視環(huán)境下適應功能的切換。該工作構建的TFT陣列在感知紅綠藍三原色字母時(shí)均表現出逼真的環(huán)境自適應特征。此外，基于該光電傳感陣列的三層衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )用于手寫(xiě)數字識別模擬，準確率可達93%。該研究為開(kāi)發(fā)環(huán)境適應性人工視覺(jué)系統開(kāi)辟了新途徑，并對神經(jīng)形態(tài)光電子器件的研發(fā)具有啟發(fā)性意義。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced?Functional?Materials，DOI: 10.1002/adfm.202305959）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和寧波市重大科技攻關(guān)項目等的支持。
人眼明暗適應過(guò)程與氧化物光電薄膜晶體管光電流變化過(guò)程的類(lèi)比演示
