突触作为大脑信息处理的最基本单位,由于其自身的可塑性,使得大脑的工作拥有超高的鲁棒性和容错率。因此,开发具有突触可塑性行为的电子器件对构建人工神经网络以实现类脑运算有着十分重要的意义。在类突触器件中,基于电荷存储机制的低维半导体材料晶体管在突触行为的模拟中拥有巨大的研究和发展潜力。利用电荷存储优异的电荷保持特性,晶体管在通过栅压调控进行逻辑处理的同时又可以通过电荷存储的保持性实现“存-算”一体,同时通过低维半导体材料优异的光学和电学物理性质,可以在缩小器件尺寸、保持器件性能的同时实现不同模态信息的捕捉,进一步地将“感-存-算”融为一体。本文基于电荷存储机理,选用有机和无机两种电荷存储层实现不同栅压调控下的突触行为模拟,并且利用二维以及一维材料优异的光学和电学特性,实现光、电两种刺激信号共同作用下复杂的突触行为模拟。本论文的主要研究内容如下:（一）突触的长时程可塑性对于人脑的学习和记忆起着至关重要的作用,对突触长时程可塑性的模拟成为评估类突触器件性能的重要指标。本文通过旋涂法将聚合物驻极体聚苯乙烯（Polystyrene,PS）薄膜引入到硒化钨（WSe2）纳米片与栅介质层之间,构筑了基于聚合物驻极体电荷存储层的WSe2纳米片突触晶体管。本文发现在施加栅压的同时,辅以254nm紫外光照射将大幅提升器件的电荷存储能力。在254 nm紫外光的辐照下通过调控栅压,实现了突触的兴奋和抑制行为的模拟。同时,由于聚苯乙烯聚合物驻极体优异的电荷存储能力,调控后的状态得以长时期保持,成功模拟了突触的长时程可塑性。最后利用光辅助电荷存储的物理机制,将电信号波形作为突触前信号,光信号作为突触后信号,对大脑高级学习机制——尖峰时序依赖可塑性进行了模拟,成功实现了非对称和对称的尖峰时序依赖可塑性。（二）人类从周围环境捕获的信号中,有80%的信号是通过人的视觉系统收集处理的,因此实现对人类视觉系统的模拟,对构建人工神经网络具有重大的意义。如果能将感知、存储以及计算功能集成于单一器件中,则可以在提高集成度的同时提升整个系统的效率。本论文通过将电荷存储行为和氧化锌纳米线的持续光电导效应有机融合,在单个晶体管器件中实现了光信号的感知、计算和存储功能。当365 nm紫外光照射器件时,氧化锌纳米线沟道中会产生光生载流子,同时紫外光还会引起原吸附在纳米线表面的氧气发生解吸附,二者共同作用引起了器件电流的增大从而模拟突触的兴奋行为。然而,与之相对的抑制性刺激却无法通过纯光信号实现。本论文借助电荷存储机制,通过施加正栅压将电子存入电荷存储层,使得沟道电流降低成功实现了突触抑制行为的模拟。氧化锌纳米线持续光电导效应引起的电导增大和存储电子导致的沟道电导减小都具有较好的保持性能,因此能够模拟突触的长时程可塑性,比如尖峰时序依赖可塑性。最后,基于器件连续可调、可逆和非易失性的沟道电阻状态,利用MATLAB构筑了三层人工神经网络仿真模型并应用到手写数字识别任务中,仅在20次训练周期后便获得了 92%的识别率。综上所述,本论文基于场效应晶体管结构和电荷存储机制,构建了具有长时程可塑性的低维突触晶体管,为构建神经形态器件以及组建神经网络提供了一种可行的方案;此外,受人类视觉系统启发,通过将电荷存储行为和低维纳米线的可持续光电导效应有机融合,进一步探究了在单个晶体管中集成感知、存储和计算功能,为构建人工视觉系统提供了新思路。