等离子体处理MoS2 光电突触器件：面向神经形态视觉系统的多功能集成创新

针对传统神经突触器件结构复杂、功耗高的问题，天津研究团队通过等离子体处理MoS2 构建了新型光电突触器件，实现了187 mA/W响应度、59.84%外量子效率及OR门逻辑运算，成功模拟人类颜色识别和视觉神经系统的图像预处理功能，为神经形态计算系统集成提供新范式。

　　

在人工智能与大数据时代，传统冯·诺依曼架构因存算分离面临能效瓶颈，而人类视觉系统高效的信息处理方式为突破这一困境提供了灵感。其中，光电突触器件因其兼具光信号感知与神经形态计算能力，成为构建人工神经视觉系统（ANVS）的核心组件。然而现有器件普遍存在结构复杂、工艺繁琐等问题，尤其难以实现噪声抑制和图像对比度增强等关键功能。

针对这些挑战，天津大学的研究团队创新性地采用等离子体处理技术开发了基于二维材料二硫化钼（MoS₂
）的光电突触器件，相关成果发表于《Journal of Colloid and Interface Science》。该研究通过机械剥离法制备MoS₂
纳米片，结合干法转移技术构建器件，并利用等离子体处理在材料中引入可控缺陷作为电荷捕获中心。通过系统表征405 nm、520 nm和638 nm激光下的光电性能，结合栅压调控实验和神经突触行为模拟，实现了器件多功能集成。

主要技术方法
研究采用机械剥离法制备MoS₂
纳米片，通过干法转移技术构建器件，利用氩等离子体处理引入硫空位缺陷。采用拉曼光谱和光致发光光谱（PL）分析材料特性，通过光电测试系统评估器件性能，并建立人工神经网络模型验证图像预处理功能。

材料制备与表征
光学显微镜和拉曼光谱证实等离子体处理后的MoS₂
表面洁净且晶格完整性保持良好。E_2g
¹
和A_1g
振动模红移表明硫空位缺陷的成功引入，PL光谱淬灭现象进一步验证了缺陷态对激子的捕获作用。

光电性能与逻辑运算
器件在405 nm光照下展现最优性能：响应度达187 mA/W，外量子效率（EQE）59.84%，探测率6.54×10⁹
Jones。通过栅压（V_g
）调控实现了OR门逻辑功能，证实其光电协同计算潜力。

突触行为模拟
借助缺陷态电荷捕获特性，成功模拟兴奋性突触后电流（EPSC）、短时程记忆（STM）向长时程记忆（LTM）的转化、双脉冲易化（PPF）以及艾宾浩斯遗忘曲线等生物突触特征。

神经形态视觉应用
器件对不同波长（405/520/638 nm）的差异化响应使其可模拟人类颜色识别。在图像处理测试中，通过噪声抑制和对比度增强功能，将MNIST手写数字识别准确率提升12.3%，证实其在ANVS中的实用价值。

结论与展望
该研究通过等离子体处理这一简易工艺，在单一MoS₂
器件中实现了光电探测、神经形态计算与视觉预处理的协同集成。其创新性体现在：（1）摆脱传统复杂异质结构设计；（2）首次报道等离子体处理MoS₂
器件模拟完整突触特性；（3）为开发高集成度神经形态视觉芯片提供了新材料体系。未来通过能带工程优化缺陷分布，有望进一步提升器件均匀性和可扩展性。

（注：所有实验数据及结论均源自原文，作者包括Mengyang Li、Hui Yan等，资助项目含国家自然科学基金11604242等）