福州大学陈惠鹏课题组：用于人工视觉动态捕捉增强的温度控制多感觉神经形态器件

背景介绍

随着信息的爆炸式增长和集成电路的快速发展，基于冯·诺依曼架构的中央计算单元已不再适合各种输入信息的处理。相比之下，大脑在计算和处理信息方面具有出色的特性，如并行计算、多模态感知和低功耗。开发能够有效实现传感和编码能力的人工类脑感知硬件具有重要意义。

多感觉神经形态器件(MND)在大数据时代在克服冯·诺依曼的结构瓶颈方面具有广阔的潜力。然而，目前的多感觉人工神经形态系统主要基于单一的非易失性存储器或非热敏性的易失性突触器件，这限制了生物多感觉的感知范围以及神经形态计算系统的灵活性和计算效率。

成果简介

近日，福州大学陈惠鹏研究员课题组发展了一种基于浮栅光电晶体管(FGT)结构的、具有温度依赖性的存储/突触混合人工神经形态器件。采用原位预保护低温热溶剂法制备的CsPbBr₃/TiO₂核壳纳米晶（NCs)作为光敏层。得益于钙钛矿纳米晶体(PeNCs)的优异的光吸收特性和CsPbBr₃/TiO₂核壳结构良好的电荷分离特性，该器件在室温下具有59.6 V的记忆窗口，具有显著的多级光存储功能，这可能为未来高效节能的海量信息存储提供便利。与此同时，当温度在20 ~ 120 ℃之间来回变化时，该器件可以在非易失性存储器和易失性突触器件之间实现切换，具有可重构和可逆的行为，这有助于实现高效的视/热融合感知。此外，在不同温度下，作者在基于该器件的10 × 10传感器阵列中模拟视觉记忆。在所有刺激停止后无需额外的信号处理，在较低的算法复杂度下实现了对动态光轨迹的捕获和识别。这项工作拓展了多感觉器件的感知范围，并促进了基于有机场效应晶体管（OFET）神经形态器件的发展。该工作第一作者为陈耿旭副教授和在读硕士生于希鹏，通讯作者为陈惠鹏研究员和陈耿旭副教授。

作者简介

Figure 1：CsPbBr₃/TiO₂的制备及材料表征（TEM、FTIR、EDX、XPS等）

Figure 2：生物大脑对视觉和热刺激的整合过程、器件结构和表征

Figure 3：器件在室温（20℃）下的非易失性存储特性，包括存储窗口，保持和循环特性的测试，能带机理解释

Figure 4：器件在120℃下的突触性能表征；器件随温度变化在易失性和非易失性之间的可逆重构性

Figure 5：器件的在不同温度下的KPFM测试，和电子活化能的计算

Figure 6：用MND模拟人工视觉的动态捕获过程

文章信息

Chen G, Yu X, Gao C, et al. Temperature-controlled multisensory neuromorphic devices for artificial visual dynamic capture enhancement. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-5456-x.

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