神经形态计算(类脑计算)以其自适应学习、高并行计算和低功耗等优点,被认为是最有希望解决冯·诺依曼(von Neumann)瓶颈的方法之一。实现神经形态计算的重要前提是开发能模拟生物突触行为的神经突触器件。电学神经突触器件是首先发展起来的神经突触器件,但是它们在统筹考虑带宽、连接、密度等因素下的整体优化面临着很大的挑战。近年来,把光引入神经突触器件,研制光电神经突触器件,为神经突触器件的发展带来了新机遇。对神经突触器件而言,光不仅具备电难以实现的高带宽、低串扰、低功率和无延迟等特性,还可以直接模拟视觉等至关重要的神经行为。光电神经突触器件作为基于光电集成的人工神经网络的基础,有望有力促进高性能和低功耗的神经形态计算的发展。在本文中,我们首先采用经典的有机半导体材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)制备了晶体管型光电神经突触器件。该器件在光脉冲刺激产生的光栅控效应下可以模仿一系列重要的神经突触功能。同时,通过衬底栅电极施加电脉冲刺激也可以实现最基本的神经突触功能。最重要的是,通过光脉冲刺激和电脉冲刺激的协同作用还可以实现交叉模态学习功能。由于硼掺杂的硅纳米晶体在紫外(UV)到近红外(NIR)的宽光谱范围内均具有光吸收,将其引入神经突触器件可以赋予器件对紫外到近红外范围的光的宽谱响应。基于此,我们设计制备基于P3HT/掺硼硅纳米晶体的有机无机杂化光电神经突触器件。杂化结构使得神经突触器件具有光谱范围更广、速度更快的光响应,综合性能更优异。这两方面工作丰富了可应用于神经突触器件的材料体系,有望为未来高性能计算等领域的发展提供新的技术路线。具体的研究内容如下:(1)制备基于P3HT的晶体管型光电神经突触器件,利用紫外可见近红外分光光度计、原子力显微镜(AFM)、光学显微镜(OM)等表征手段测试了材料光吸收特性、表面粗糙度和器件结构等基本性能,接着在单个器件上分别施加不同持续时间、间隔时间、刺激次数和刺激频率的电、光脉冲刺激来模拟兴奋型神经突触后电流(EPSC)、双脉冲易化(PPF)、短程可塑性(STP)向长程可塑性(LTP)转变等基本的突触功能,并对其机理进行解释。由于器件对光信号信息和电信号信息的保持方面存在差异性,我们进行了光电耦合研究,实现了光电联合刺激下的交叉模态学习功能。(2)利用冷等离子体法制备了具有从紫外、可见到近红外宽光谱范围内光吸收良好的掺硼硅纳米晶体,并将其与P3HT结合制备成光电神经突触器件。首先采用X射线衍射(XRD)和高分辨透射电子显微镜(TEM)对晶体尺寸和结晶特性进行基本表征,测试对比杂化前后膜的吸光特性,并用SEM对器件的结构进行表征。接着我们测试了基于P3HT/掺硼硅纳米晶体的光电神经突触器件在532 nm光脉冲刺激下的基本神经突触可塑性,并和纯P3HT神经突触器件的光响应情况进行对比,分析器件工作原理。最后,测试器件在375 nm和1342 nm光脉冲刺激下的情况,利用器件对532 nm和375 nm光脉冲的不同响应情况模拟超线性(Superlinear)和次线性(Sublinear)行为。