傳統(tǒng)的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)存在能耗高、解決與現(xiàn)實(shí)世界交互問題的局限性等問題，馮·諾依曼瓶頸限制了其發(fā)展。受人腦并行計(jì)算的啟發(fā)，神經(jīng)形態(tài)計(jì)算被提出來解決馮·諾依曼瓶頸。并行的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算結(jié)構(gòu)，可以更好地與自然環(huán)境交互，這為從材料和器件到算法和應(yīng)用程序的整個(gè)計(jì)算架構(gòu)提供了創(chuàng)新的機(jī)會(huì)。

開發(fā)可以模擬突觸和神經(jīng)元功能的神經(jīng)形態(tài)器件是實(shí)現(xiàn)高效神經(jīng)形態(tài)計(jì)算系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。目前，憶阻器和鐵電器件等各種器件可以很好地模擬突觸的功能。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)神經(jīng)形態(tài)計(jì)算，許多材料已被用于這些突觸器件中，如二維材料、鈣鈦礦、相變材料。然而，這些器件和材料中一些器件的性能可能在重復(fù)彎曲后發(fā)生退化。有機(jī)材料具有較低的楊氏模量、優(yōu)異的柔韌性以及可拉伸性，使其適用于柔性突觸器件。由于這些特性和在可穿戴設(shè)備應(yīng)用中的潛力，有機(jī)半導(dǎo)體材料在神經(jīng)形態(tài)計(jì)算領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注?；谟袡C(jī)異質(zhì)結(jié)晶體管的突觸器件可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同的功能，更好地實(shí)現(xiàn)神經(jīng)形態(tài)計(jì)算系統(tǒng)。這項(xiàng)工作提出了一種基于C8-BTBT和C10-DNTT有機(jī)異質(zhì)結(jié)溝道的柔性神經(jīng)突觸器件，為人工突出的應(yīng)用提供了可能性。

器件在柔性的云母襯底上通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉底、原子層沉積、真空熱蒸發(fā)等的實(shí)驗(yàn)方法制備。通過檢測器件在電信號以及光信號激下的突觸后電流證實(shí)該有機(jī)異質(zhì)結(jié)神經(jīng)形態(tài)器件可以實(shí)現(xiàn)多種突觸行為。同時(shí)將該器件運(yùn)用在構(gòu)建的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)對圖像的識(shí)別。

該有機(jī)異質(zhì)結(jié)神經(jīng)形態(tài)器件能夠獲得比C8-BTBT或C10-DNTT單溝道晶體管更高的開關(guān)比，并且其存儲(chǔ)窗口可以達(dá)到22.5V。該器件可以在電脈沖和光脈沖的調(diào)制下實(shí)現(xiàn)EPSC、IPSC、PPF、STM到LTM的轉(zhuǎn)變以及LTP/LTD等突觸行為。同時(shí)，該器件可以在光電雙重調(diào)制下實(shí)現(xiàn)LTP/LTD的突觸行為。此外，該器件被用于構(gòu)建的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在沒有噪聲的情況下，經(jīng)過1000個(gè)訓(xùn)練周期后，識(shí)別率接近100%。即使在有50%噪聲的情況下，其對圖像的識(shí)別率也可以達(dá)到60%以上。

在電脈沖信號的調(diào)制下該有機(jī)異質(zhì)結(jié)神經(jīng)形態(tài)器件能夠?qū)崿F(xiàn)各種突觸行為并且在不同彎折半徑以及反復(fù)多次彎折后其電學(xué)性能沒有明顯的變化并且仍能實(shí)現(xiàn)LTP/LTD的突觸行為。除此之外該器件能夠在光電雙調(diào)制下實(shí)現(xiàn)LTP/LTD過程。在構(gòu)建的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中通過多次訓(xùn)練后該器件能夠在未施加噪聲的情況下圖像識(shí)別率接近100%，在施加噪聲后識(shí)別率會(huì)有所下降但是在50%噪聲的情況下圖像的識(shí)別率仍能達(dá)到60%以上。這證明了該器件具有良好的突觸功能，在神經(jīng)形態(tài)計(jì)算領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。

Hu X, Meng J, Feng T, et al. Organic heterojunction synaptic device with ultra high recognition rate for neuromorphic computing. Nano Research, 2024.