通过氯苯工程处理钙钛矿，实现缺陷钝化与晶体取向优化，从而用于多波长调制的光电突触忆阻器

《Applied Materials Today》：Defect passivation and crystalline orientation optimization via chlorobenzene engineering of perovskite for multi-wavelength modulated optoelectronic synaptic memristors

　　

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  氯苯抗溶剂处理优化了FA_0.9MA_0.1PbI₃薄膜的结晶度，并消除了缺陷，使其适用于光电子忆阻器。
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  该设备实现了可靠的电阻开关特性、完全的突触可塑性和多波长依赖的光响应。
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  模拟的忆阻器阵列实现了神经形态视觉，并具有96%的障碍物分类准确性，可用于机器人感知。

引言

近年来，受生物感知机制启发的神经形态视觉系统发展迅速，在智能机器人、实时视觉检测和动态障碍物避让等方面展现出广泛的应用前景[1], [2], [3], [4]。这些仿生视觉系统能够像人类大脑一样高效处理外部视觉信息，已成为下一代智能感知技术的重要发展方向[5]。然而，基于冯·诺依曼架构的传统计算平台受到内存与计算分离瓶颈的严重限制，导致功耗高、数据传输慢和处理效率低，这极大地限制了高效和高度集成视觉系统的发展[6], [7], [8]。为了突破这些限制，将感知、记忆和计算集成到一个单元中的神经形态设备受到了广泛的研究关注[9]。在各种候选材料中，光电子忆阻器因其结构简单、功耗低、与互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容以及出色的突触可塑性模拟能力而被视为神经形态视觉芯片的理想构建块[10], [11], [12], [13]。作为能够模拟生物突触的基本单元，光电子忆阻器可以直接将外部光信号转换为可调的电阻状态，从而在设备层面实现光感应、信息存储和突触计算的集成。更重要的是，光电子忆阻器实现了光检测和突触调节的集成，为构建紧凑和智能的视觉系统提供了独特的途径[14], [15], [16]。

有机无机杂化钙钛矿因其在可见光范围内的强吸收能力、高效的载流子传输行为、较长的载流子寿命以及优异的光电转换性能而在光电子突触器件中受到广泛关注[17], [18], [19], [20]。这些内在优势使它们非常适合制造具有稳定电阻开关行为和明显光调制突触响应的光电子忆阻器[21], [22], [23]。然而，传统的制备过程往往会导致薄膜质量下降，包括结晶度不足、缺陷密度高、表面形态粗糙和晶体取向无序，这些都会严重削弱光电子耦合效果，降低设备稳定性，并限制多波长调制能力。这些缺点阻碍了基于钙钛矿的光电子忆阻器在高精度视觉感知和智能机器人平台中的应用[24], [25], [26], [27], [28]。最近的光电子忆阻器研究实现了多样化集成感知硬件，用于神经形态视觉任务。基于忆阻器的感知-存储集成硬件实现了实时信号识别和人机交互，为仿生视觉系统提供了可行的硬件框架[29]。堆叠式的光电子传感-显示设备进一步实现了双向视觉信息交互，为多模式光信号采集和输出奠定了基础[30]。特别是基于金属氧化物异质结的多波长可调光电子忆阻器阵列成功模拟了生物图像增强和高精度视觉分类，充分验证了光调制突触器件在视觉神经形态计算中的巨大潜力[31]。为了克服这些瓶颈，人们提出了多种改性策略，其中抗溶剂处理被证明是一种简单、高效且低成本的方法，可以优化钙钛矿的结晶过程、消除缺陷并提高薄膜的均匀性和紧凑性。FAMAPbI₃作为一种典型的广泛研究的有机-无机杂化钙钛矿，具有适合光电子突触应用的优异光电性能[32]。

在本研究中，通过CB抗溶剂处理成功制备了Ag/FA_0.9MA_0.1PbI₃/ITO光电子忆阻器。结构、形态和成分分析表明，该方法优化了钙钛矿的结晶过程，诱导了明显的（001）优先取向，提高了薄膜的紧凑性和均匀性，并消除了钙钛矿层内的缺陷状态。进行了电学测量以评估设备的电阻开关特性和仿生突触可塑性。在405 nm、520 nm和650 nm的光照下，进行了光电子特性测试，以研究波长依赖的光响应特性。此外，利用单个设备测试数据构建的模拟忆阻器阵列实现了波长响应的光图案响应和仿生短期视觉遗忘。该系统结合卷积神经网络，进一步完成了针对智能机器人视觉的高精度障碍物分类模拟，达到了96%的分类准确性。这项工作提供了一种可行且有效的方法来优化基于钙钛矿的光电子忆阻器，并展示了它们在先进神经形态视觉和智能机器人应用中的巨大潜力。

章节片段

设备制备

通过称量FAI、MAI和PbI₂固体粉末的化学计量量（总浓度为1.5 M），将其溶解在1 mL的N,N-二甲基亚胺（DMF）/二甲基亚砜（DMSO）混合溶剂（体积比9:1）中，制备了FA_0.9MA_0.1PbI₃钙钛矿前驱体溶液。混合物在60 °C下磁力搅拌2小时直至完全溶解。将50 μL的前驱体溶液均匀滴加入预处理的氧化铟锡（ITO）基底上，随后进行...

氯苯修饰钙钛矿忆阻器的结构表征和电阻开关机制

图1a展示了FA_0.9MA_0.1PbI₃钙钛矿的晶体晶格结构示意图，显示出无畸变的立方框架以及明确的（001）优先取向。这种高度有序的原子堆叠结构为设备出色的光电性能和可靠的电阻开关行为提供了坚实基础。图1b展示了钙钛矿薄膜的顶视图SEM图像，显示出紧凑均匀的晶粒形态...

结论

总之，通过CB抗溶剂处理成功制备了一种高性能的Ag/FA_0.9MA_0.1PbI₃/ITO光电子忆阻器。该设备在电学调制下表现出优异的电阻开关稳定性和完全的仿生突触可塑性，并实现了包括光诱导的PPF、累积光电流响应和STSP/LTSP转换在内的光调制突触功能，在多个波长下表现出明显的波长依赖性光响应。

CRediT作者贡献声明

唐灵志：资源提供。赵思宇：研究调查、数据整理。王敬娟：撰写-审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计、概念化。刘翠娟：监督。荣昭：软件开发。岳子伟：可视化处理。陈静：监督。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报道工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金的青年科学家基金（编号62604092）、河北省教育厅青年基金项目（编号QN2024247）、河北地质大学国家级预研项目（编号KY2024QN17）、河北地质大学博士启动基金（编号BQ2024066和BQ2024061）以及2027年河北省硕士研究生创新能力培养资助项目（编号CXZZSS2027057）的财政支持。2026年河北省硕士研究生项目

Jingjuan Wang|Siyu Zhao|Lingzhi Tang|Zhao Rong|Cuijuan Liu|Ziwei Yue|Jing Chen