基于CSDG光电晶体管的仿多巴胺促进突触可塑性模拟模型构建及其在高效能神经形态系统中的应用

为解决传统SONOS结构电荷陷阱晶体管难以模拟短时程记忆(STM)的问题，来自国内的研究团队通过仿真建模开发出具有Si3N4电荷陷阱层的圆柱环绕双栅(CSDG)纳米线突触晶体管。该器件通过电脉冲调控实现STP向LTP的转化，并创新性地引入光刺激模拟多巴胺动力学，成功复现蓝光促进视网膜多巴胺分泌的生理特征，为神经计算系统的快速学习识别能力提升奠定基础。

　　

在神经形态计算领域，传统硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)结构的电荷陷阱晶体管存在短时程记忆(STM)模拟瓶颈。最新研究突破性地构建了圆柱环绕双栅(CSDG)纳米线突触晶体管，其直接接触沟道的Si₃N₄电荷陷阱层通过电脉冲精准调控，完美复现生物突触的权重增强机制——实现从短时程增强(STP)到长时程增强(LTP)的动态转换。

更有趣的是，该器件在光照条件下展现出类似多巴胺调控的突触响应特性：突触后电流随光强和波长发生规律性变化，特别是对蓝光的高敏感性恰好对应人类视网膜中蓝光促进多巴胺分泌的生理现象。这种光电协同调控机制，为模拟神经递质(如多巴胺)动力学驱动的学习加速提供了全新路径。

这项研究不仅解决了传统器件在STM模拟方面的局限性，更通过引入光遗传学启发式的调控策略，为开发具有快速环境适应能力的高效能神经形态系统开辟了新方向。其创新性地将光电转换特性与神经递质调控机制相结合，使得人工突触能更逼真地模拟生物神经系统中的多巴胺能突触可塑性，这对发展类脑智能计算硬件具有重要启示意义。