【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，山東大學(xué)集成電路學(xué)院辛倩教授課題組在全絲網(wǎng)印刷氧化物突觸晶體管實現(xiàn)視覺感知方面取得重要進展，相關(guān)成果以“Fully screen-printed paper-based ZnO synaptic transistor arrays for visual perception and neuromorphic computing”為題發(fā)表在國際知名期刊NPJ Flexible Electronics(中科院一區(qū)，IF：12.3)。集成電路學(xué)院博士研究生李曉倩為論文第一作者，辛倩教授，南方科技大學(xué)教授宋愛民為共同通訊作者。
 

　　類腦神經(jīng)形態(tài)芯片是構(gòu)建下一代人工智能系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)，其在仿生視覺感知等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而，目前多數(shù)突觸器件依賴復(fù)雜的真空工藝，不僅成本高，且難以實現(xiàn)柔性化、大面積制造。相較之下，印刷電子技術(shù)憑借其低成本、工藝簡便及適用于大面積制備等優(yōu)勢，受到廣泛關(guān)注。其中，絲網(wǎng)印刷工藝尤其適合大規(guī)模、卷對卷生產(chǎn)柔性電子，但高粘度絲印油墨中通常需添加大量的粘結(jié)劑和助劑，這容易破壞半導(dǎo)體材料成膜后導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，進而降低其電性能表現(xiàn)。氧化物半導(dǎo)體在絲網(wǎng)印刷技術(shù)中具有顯著潛力，其導(dǎo)電性主要來源于離域的、各向同性的金屬s軌道。這使得即使在存在添加劑和非晶無序結(jié)構(gòu)的情況下，只要半導(dǎo)體顆粒形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，仍可維持較高的電子遷移率和優(yōu)良的導(dǎo)電性能。其中，氧化鋅(ZnO)因其高穩(wěn)定性、低成本和持久光電導(dǎo)特性，成為突觸晶體管溝道材料的研究熱點。然而，目前絕大多數(shù)基于ZnO的印刷電子需要經(jīng)過200~600°C的高溫退火轉(zhuǎn)化，已有報道的絲網(wǎng)印刷ZnO薄膜更是需經(jīng)歷500~600°C的高溫處理，這在很大程度上限制了其在柔性電子器件中的應(yīng)用。
 

　　針對上述問題，本研究采用富含羥基的乙基纖維素分散的ZnO納米顆粒作為溝道材料，首次在不超過90℃的溫和條件下，通過全絲網(wǎng)印刷技術(shù)在紙基襯底成功構(gòu)建了大面積光電突觸晶體管陣列。所研制的器件具備優(yōu)異的電性能、大面積均勻性和空氣穩(wěn)定性，同時兼具良好的生物降解性和機械柔韌性，為低碳環(huán)保電子器件的發(fā)展提供了新思路。更重要的是，器件展現(xiàn)出典型的電學(xué)和光學(xué)突觸行為，如配對脈沖的促進與抑制、高通濾波和低通濾波、學(xué)習(xí)-遺忘-再學(xué)習(xí)、摩斯電碼識別和圖像傳感等，且所有突觸功能均在極低能耗(每次突觸事件僅3.7 pJ)下實現(xiàn)。得益于ZnO材料對紫外光的強響應(yīng)特性，該突觸陣列在人工視覺學(xué)習(xí)與神經(jīng)形態(tài)信息處理領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用潛力?；谕挥|晶體管的信號增強和抑制功能，研究團隊還構(gòu)建了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)，進一步驗證了其在神經(jīng)形態(tài)計算中的潛在應(yīng)用價值。
 

　　辛倩教授團隊長期致力于柔性氧化物半導(dǎo)體及其電子器件的研究探索。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃(2022YFA1405200、2022YFB3603900)、山東省自然科學(xué)基金(ZR2020ZD03)以及國家自然科學(xué)基金 (62074094)等項目的支持。