基于转移有机半导体晶体的多功能异质结突触晶体管实现卓越视觉适应性

为解决传统光电突触器件多层结构制备难题及视觉信息处理效率瓶颈，研究人员通过液相转移生长技术构建CsPbBr3/PMMA/TIPS-pentacene异质结突触晶体管，实现高迁移率(μ)、低亚阈值摆幅(SS)及脉冲促进易化(PPF)等突触特性，同时模拟人眼明暗适应行为，为神经形态视觉系统提供创新解决方案。

　　

在人工智能与大数据时代，模仿人脑视觉系统的神经形态计算因具备高效并行处理能力而备受关注。然而，传统光电探测器需经过"光信号-电信号-数字存储-算法处理"的多级转换，导致高延迟与能耗。更棘手的是，现有异质结器件面临层间材料性能差异、溶剂互溶性和高温工艺兼容性等制备挑战。如何实现集感知、存储与处理于一体的类视网膜器件，成为突破冯·诺依曼架构的关键。

针对这一难题，中国的研究团队在《Organic Electronics》发表研究，创新性地采用甘油液相结晶转移技术，将高质量TIPS-pentacene(6,13-双三异丙基硅乙炔基并五苯)薄膜转移至CsPbBr₃/PMMA基底，构建出三层异质结光电突触晶体管。该技术克服了溶液法制备多层结构时上层溶剂侵蚀底层材料的缺陷。通过场效应晶体管(FET)结构设计，器件展现出高达10⁴的开关比和10⁴秒的持久记忆特性，同时实现短时程增强(STP)、长时程增强(LTP)等突触可塑性行为。尤为重要的是，器件阵列成功模拟了人眼从明到暗环境的动态适应过程，为开发仿生视觉芯片奠定基础。

关键技术方法
研究采用甘油界面诱导结晶法制备超薄TIPS-pentacene单晶薄膜，通过聚合物辅助转移技术构建CsPbBr₃/PMMA/TIPS-pentacene异质结。利用原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)表征薄膜质量，通过半导体参数分析仪测试电学性能，结合光脉冲刺激评估突触特性。

研究结果

Experimental section
创新性采用甘油作为液相生长基底，获得厚度<100nm、结晶度达90%的TIPS-pentacene薄膜，其表面粗糙度(RMS)低至0.5nm。CsPbBr₃钙钛矿层通过旋涂法制备，PMMA介电层厚度精确控制在300nm。

Results and discussion
电学测试显示器件具有0.12cm²/(V·s)的空穴迁移率和68mV/dec的亚阈值摆幅。在520nm光照下，突触权重变化呈现典型的双指数衰减(τ₁=0.8s, τ₂=5.2s)，成功模拟神经突触的PPF效应。栅压调控实验观察到7个离散的导电态，记忆窗口达15V。

Conclusions
该工作通过异质结能带工程实现光生载流子的定向传输，TIPS-pentacene与PMMA的分子级接触使界面陷阱密度降低2个数量级。器件阵列在模拟视网膜神经元时，光强适应速度比传统硅基器件快3倍，识别准确率提升至93.8%。

重要意义
此项研究不仅为多层异质结光电突触器件提供可扩展的制备方案，更通过仿生设计实现从材料界面调控到系统级视觉适应的跨越。CsPbBr₃与有机半导体的协同效应为开发兼具高灵敏度与低功耗的神经形态视觉传感器开辟新路径，对自动驾驶、智能监控等实时图像处理领域具有重要应用价值。