【摘 要】
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对人类而言,有近八成的外部信息是通过眼睛获得的,所以视觉仿生系统一直是人工智能领域的重要研究方向。使用电学突触器件构建视觉仿生系统时需要借助图像感知模块对光信号进行获取和转换,增加了系统的复杂度和功耗。光电突触器件可以直接对光信号进行感知、计算和存储,相比电学突触器件具有更低的功耗、更高的带宽和更低的串扰,被认为是构建视觉仿生系统的最佳选择。目前为止,用于模拟突触行为的外部激励光信号多为紫外光或蓝
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对人类而言,有近八成的外部信息是通过眼睛获得的,所以视觉仿生系统一直是人工智能领域的重要研究方向。使用电学突触器件构建视觉仿生系统时需要借助图像感知模块对光信号进行获取和转换,增加了系统的复杂度和功耗。光电突触器件可以直接对光信号进行感知、计算和存储,相比电学突触器件具有更低的功耗、更高的带宽和更低的串扰,被认为是构建视觉仿生系统的最佳选择。目前为止,用于模拟突触行为的外部激励光信号多为紫外光或蓝光,光电突触器件在带宽方面的优势尚未完全体现。本文基于非晶硅钌(a-Si1-x:Rux)薄膜,采用磁控溅射的方法,设计并制备出了ITO/a-Si1-x:Rux/ITO和ITO/SiOy/a-Si1-x:Rux/ITO两种结构的光电突触器件,测试和研究了它们的电学、光学和突触性能,讨论了两种器件的工作机理。具体的研究成果如下:（1）a-Si1-x:Rux薄膜是一种低阻、高吸收的近红外敏感材料。基于a-Si1-x:Rux光敏薄膜构建的ITO/a-Si1-x:Rux/ITO光电突触器件,在450 nm～905 nm宽光谱范围内具有一定的持续性光电导效应,可以完整地模拟双脉冲易化行为。但是,由于器件的持续性光电导效应较弱,无法进一步实现短时可塑性向长时可塑性的转换。（2）相较于ITO/a-Si1-x:Rux/ITO光电突触器件而言,ITO/SiOy/a-Si1-x:Rux/ITO光电突触器件具有更加明显的持续光电导效应,光响应电流随SiOy层厚度的增加而减小,随SiOy层含氧量的增加而增加;持续性光电导效应随SiOy层厚度的增加而增强,随SiOy层氧含量的增加而减弱。插入的SiOy功能层对优化后器件的持续光电导效应,起到了积极的势垒高度调控作用。（3）ITO/SiOy/a-Si1-x:Rux/ITO忆阻器件,能在光激励下实现双脉冲易化、短时可塑性向长时可塑性转换以及学习经验等多项突触功能;基于ITO/SiOy/a-Si1-x:Rux/ITO光电突触阵列,还能实现灰度图像预处理和虹膜效应等视觉仿生功能验证。此外,ITO/SiOy/a-Si1-x:Rux/ITO突触器件还具有电学忆阻特性,能够通过电激励的方式实现阻态的连续调控,具备作为电学突触应用的潜力。
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