超低功耗双模态突触晶体管：赋能高效神经形态视觉系统的新突破

本刊推荐：本研究创新性地构建了基于质子导电与慢极化材料双层介电结构的超低功耗双模态有机光电子突触晶体管（OST），成功解决了电刺激突触器件中普遍存在的电流回流（current backflow）问题，首次系统揭示了其对功耗评估的干扰机制。器件在电/光刺激下分别实现8.3 fJ和2.2 fJ的超低单突触事件能耗，同步支持光电协同调控、图像擦除/增强、实时信号预处理等视觉核心功能，为发展高能效神经形态视觉芯片提供了关键技术路径。

　　

设计灵感

图1a展示了生物视觉信号传导过程：视网膜神经网络将光学信息传递至视神经，进而由大脑进行高级处理与识别。突触作为介导神经元互动的核心单元，在视觉信息处理中具有关键作用。值得注意的是，视网膜突触与中枢突触分别承担感知与处理功能，二者协同实现高效视觉计算。

结论

本文成功开发出对光、电刺激均具有响应能力的超低功耗光电子突触晶体管（OST）。核心创新在于采用质子导电材料与慢极化材料构成的复合绝缘层结构，该设计在维持半导体-介电界面双电层（EDL）效应的同时显著抑制漏电流，从而实现了器件的超低功耗运行。此外，p型/n型聚合物共混半导体通道有效提升了激子解离效率并构建连续载流子传输路径，使器件在近红外（NIR）波段的光响应度相比单一聚合物器件提升三个数量级。该研究为开发能源高效的神经形态视觉系统提供了切实可行的技术方案。

材料制备

diketopyrrolopyrrole-并噻吩噻吩（DPPT-TT）与聚[[N,N′-双(2-辛基十二烷基)-萘-1,4,5,8-二(二甲酰亚胺)-2,6-二基]-交替-5,5′-(2,2′-联噻吩)]（N2200）购自德赛光电材料科技有限公司。右旋糖酐（Dextran）由上海复盛实业有限公司提供。十八烷基三氯硅烷（OTS，95%）购自Acros公司。聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）水溶液（Clevios PH1000）固含量为1.0–1.3%，购买自贺利氏公司。