Advanced Optical Materials:基于有机平面肖特基二极管的光敏神经突触器件

神经形态计算技术是近年来备受瞩目的新兴领域,这主要在于其能够克服传统计算机的“冯•诺伊曼瓶颈”,有望实现更为高效灵活的智能信息处理与计算模式。从器件层面而言,则亟需研发具有“存算一体化”的新型电子器件。其中,基于有机材料的光敏神经突触器件具有较高的加工适用性、生物相容性、光电和突触特性易于调节等特点,成为神经形态计算中能够实现光信号传感和处理功能集成的重要基础器件,在未来可穿戴的神经形态电子器件中具有巨大的应用潜力。然而,这类器件很难表现出优异的整体性能,使得实际应用仍有很大的挑战。要解决这个实质性的问题,需要从器件设计和物理等角度探寻根本性的突破。

南京大学电子科学与工程学院李昀教授课题组和合作者成功设计并制备了一种基于有机平面肖特基二极管的光敏神经突触器件。通过采用厚度仅为两个分子层的有机晶态薄膜作为半导体层,有效“桥接”器件中的两个界面,使得金属/半导体界面处的肖特基势垒极为敏感地受到半导体/绝缘体界面处光致陷阱电荷的调控作用。器件在低电压(−2 V)下即呈现出典型神经元突触行为的光致阻变,并具有高光电流响应(~9 µW cm−2)、超长的状态保持时间(>2000s)、pJ量级的超低能耗、以及优异的短程到长程突触可塑性的转变。此外,基于不同有机半导体材料,还实现了不同光波长调制的神经形态运算,证明了其在模拟视网膜功能中的应用潜力。

本研究工作可为有机光敏神经突触器件提供更广阔的思路,并为开发具有显著突触行为和超低能耗的可调仿生电子器件铺设了道路。相关论文在线发表在Advanced Optical Materials (DOI:10.1002/adom.202000153)上。