中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
薄膜晶體管（Thin-Film Transistors，TFTs）是半導體工業(yè)中最基礎、最重要的三端電子元器件，已在平板顯示、射頻標簽等消費類(lèi)產(chǎn)品中廣泛應用。近年來(lái)，TFTs在光電探測和光敏神經(jīng)突觸等領(lǐng)域已逐漸引起了人們的重視。與傳統兩端器件相比，光電TFTs具有以下突出優(yōu)勢：利用TFTs的柵壓控制自由度可實(shí)現信號檢測與放大的一體化，有利于后期電路設計的簡(jiǎn)化和降低系統功耗；光電探測TFTs和傳統電功能（開(kāi)關(guān)、驅動(dòng)、選址等）TFTs具有一脈相承的結構和工藝兼容性，易于集成（甚至像素化集成），有利于提高系統設計的靈活度。
紫外光電探測器在國防領(lǐng)域、電網(wǎng)安全監測、醫學(xué)成像、海上搜救、環(huán)境與生化檢測、森林火災告警等諸多領(lǐng)域有重要應用，是世界各國競相研發(fā)的焦點(diǎn)。近年來(lái)，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所曹鴻濤研究團隊通過(guò)在耗盡型的SnOx/IGZO薄膜晶體管背溝道表面修飾p型PEDOT:PSS薄膜，實(shí)現了兩端和三端器件的耦合，構建了高性能可見(jiàn)盲紫外光電探測TFTs。由于充分利用了兩端（垂直方向內建電場(chǎng)，分離電荷）和三端器件（側向源漏電場(chǎng)，收集電荷）的優(yōu)勢，器件的光電響應和光敏性均得到了顯著(zhù)的提高。上述成果發(fā)表于A(yíng)CS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 8102-8109。
此外，“人工智能（AI）”已經(jīng)成為全球的研究熱點(diǎn)之一，而突觸是基于器件層面構建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的重要基礎工具之一。團隊在前期研究的耦合器件工作基礎之上，構建了高靈敏、低功耗模擬視覺(jué)神經(jīng)突觸的光電子器件，器件工作在可見(jiàn)光和紫外光區，具有長(cháng)程、短程可塑性，并具有選擇性記憶和遺忘功能。對信號強度低至1μW/cm2的藍色光脈沖具有響應性，單個(gè)器件電學(xué)功耗小于10pW，并可實(shí)現光寫(xiě)入、電擦除功能。利用高k柵介質(zhì)可進(jìn)一步降低工作電壓這一思路，團隊還構建了全透明的可見(jiàn)光響應的光敏神經(jīng)突觸器件，器件可對弱光響應，且能耗更低。上述成果發(fā)表于Nano Energy 2019, 62,772-780。
上述工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院國際合作重點(diǎn)項目、寧波市科技創(chuàng )新團隊以及寧波市自然科學(xué)基金等的資助。
圖1 pn結和TFT耦合器件的工作原理及光電響應性能
圖2 光敏神經(jīng)突觸器件用于視覺(jué)模擬的示意性方案及耦合器件在長(cháng)程、短程可塑性和寬光譜響應方面的性能展示
