人工視覺智能技術(shù)在安全、醫(yī)療和服務(wù)等領(lǐng)域頗有應(yīng)用潛力。然而，隨著網(wǎng)絡(luò)化和信息化的發(fā)展，基于馮·諾依曼構(gòu)架的現(xiàn)有視覺系統(tǒng)因功耗問題難以實(shí)時處理海量激增的視覺數(shù)據(jù)。仿生人類視覺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(xiàn)有視覺系統(tǒng)存在的時效性、功耗等問題。非晶氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管(TFT)作為傳統(tǒng)電子器件在顯示、電子電路等領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)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，在仿生人類視覺神經(jīng)突觸器件的研發(fā)方面，亟待解決如可見光響應(yīng)弱、頻率高效選擇性、不同波段信號串?dāng)_等一些關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問題。
 

　　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(gòu)器件團(tuán)隊(duì)闡明了非晶氧化物半導(dǎo)體器件中與氧空位息息相關(guān)的突觸權(quán)重調(diào)控的微觀機(jī)理，為提高可見光響應(yīng)奠定了理論基礎(chǔ)，設(shè)計了背溝道修飾pn異質(zhì)結(jié)的光電突觸TFT，有效耦合了三端器件的柵壓調(diào)控和兩端器件的內(nèi)建電場調(diào)控功能，兼具高光電響應(yīng)、易集成、低功耗等優(yōu)勢。
 

　　近期，該團(tuán)隊(duì)攜手福州大學(xué)教授張海忠團(tuán)隊(duì)，設(shè)計了基于InP量子點(diǎn)/InSnZnO的光電TFT的仿生視覺傳感器，將氧化物半導(dǎo)體優(yōu)異的電傳輸特性和InP量子點(diǎn)良好的寬光譜響應(yīng)特性有機(jī)結(jié)合，使器件具有優(yōu)異的柵極可控性和可見光響應(yīng)特性，通過簡單控制柵極偏置實(shí)現(xiàn)初始狀態(tài)的調(diào)控，仿生模擬了人眼暗視和明視環(huán)境下適應(yīng)功能的切換。該工作構(gòu)建的TFT陣列在感知紅綠藍(lán)三原色字母時均表現(xiàn)出逼真的環(huán)境自適應(yīng)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)用于手寫數(shù)字識別模擬，準(zhǔn)確率可達(dá)93%。該研究為開發(fā)環(huán)境適應(yīng)性人工視覺系統(tǒng)開辟了新途徑，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(xiàng)目等的支持。
 

人眼明暗適應(yīng)過程與氧化物光電薄膜晶體管光電流變化過程的類比演示