开发低功耗、宽带响应和生物兼容性的光电突触器件对于模拟视神经的功能至关重要。这里，制造了一种基于C8-BTBT/PMMA/PbS量子点（PbS-QD）的有机突触晶体管，其具有良好的稳定性、低功耗（在800nm近红外光脉冲下每事件低至0.49fJ）和从紫外到近红外波长的宽带响应。
2025年2月20日，相关研究成果以“Organic Synaptic Transistors Based on C8-BTBT/PMMA/PbS QDs for UV to NIR Face Recognition Systems”为题发表在国际著名期刊Nano Letters上，复旦大学微电子学院陈琳教授、山东大学集成电路学院孟佳琳研究员为论文的共同通讯作者，复旦大学博士生冯天旸为论文第一作者。
人类通过感知系统体验并与现实世界互动，其中视觉系统（VSS）尤为重要，因为近80%的外部信息来自人眼。视觉系统通过视网膜从复杂的自然环境中收集数据，并将其转化为神经活动，然后通过视神经纤维将其传导到大脑的枕叶皮层，在人脑中产生各种光强、颜色和形状的感觉，从而使我们能够感知和理解我们所看到的东西。受视网膜的启发，集成光信息收集、过滤、传输和分析的光电突触装置的发展对人工智能的发展具有重要意义。
近年来，光电突触器件在材料和功能方面表现出高度的多样性和复杂性。例如，Sun等人报道了一种基于p-AlGaN/n-GaN半导体纳米线的光电化学突触装置，该装置将光电突触行为与化学电过程相结合，展示了双模可塑性和化学调节的神经形态功能。他们进一步开发了一种具有三功能操作特性的卓越光电晶体管阵列，包括自供电模式、光电导模式和光电突触模式。Ray等人提出了使用三层2D异质结构的多波长光电突触晶体管，以实现由紫外到近红外区域的光调制的突触行为。这些设备采用不同的材料系统和工作机制设计，将光感测与突触功能相结合，实现了从光信号到电信号的高效转换。
有机半导体材料因其独特的性能，如优异的发光特性、分子结构可设计性、生物相容性、和生物降解性，在人工视觉系统领域得到了广泛的应用。其中，小分子有机半导体C8-BTBT在有机薄膜晶体管中表现出高载流子迁移率和优异的界面输运机制，基于C8-BTTT的晶体管的低工作电压对降低器件能耗具有重要意义。此外，C8-BTBT表现出的优异的空气稳定性、紫外线响应和超过90%的透明度使其非常适合制造光电突触器件。另一方面，为了匹配人类视网膜的宽带响应特性，提到了一种简单低成本的量子点材料——PbS量子点，它具有可调的带隙和宽光谱吸收特性，其高吸收系数使其发射光谱覆盖近红外范围。基于PbS量子点的光电器件可以表现出快速的响应和优异的响应率，这对于高性能视网膜设备和生物成像非常有用。
研究人员提出了一种由C8-BTBT和PbS量子点协同构建的浮栅光电突触晶体管（FG-PST）。视觉突触的重量变化可以通过PbS量子点层捕获和释放光生电荷载流子来实现，这涉及引入PMMA的高密度多孔结构作为介电隧穿层。该设备完成了紫外到近红外（NIR）宽波长范围内光信号的传感、传输和存储，并成功模拟了一系列基本的光学突触行为，如兴奋性突触后电流（EPSC）、成对脉冲促进（PPF）、以及从短期可塑性到长期可塑性的转换（STP-LTP）。
此外，在可见光脉冲的刺激下，展示了该设备的学习-遗忘-再学习过程。该器件在800nm近红外光下，在0.01V的低工作电压下实现了每次事件0.49fJ的超低功耗。最重要的是，该设备具有人眼范围之外的视觉感知能力，在紫外到近红外区域内实现了简化的光适应和人脸识别，表明了其在人工智能和视网膜应用领域的潜在价值。
来源：神经形态感存算一体电子
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