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當前所在位置:科學研究 -> 科研進展
甯波材料所在新型光電/突觸薄膜晶體管研究方面取得進展
日期:2019-06-20, 查看:105 字體大小:

      薄膜晶体管(Thin-Film Transistors,TFTs)是半导体工业中最基础、最重要的三端电子元器件,已在平板显示、射频标签等消费类产品中广泛应用。近年来,TFTs在光电探测和光敏神经突触等领域已逐渐引起了人们的重视。与传统两端器件相比,光电TFTs具有以下突出优势:利用TFTs的栅压控制自由度可实现信号检测与放大的一体化,有利于后期电路设计的简化和降低系统功耗;光电探测TFTs和传统电功能(开关、驱动、选址等)TFTs具有一脉相承的结构和工艺兼容性,易于集成(甚至像素化集成),有利于提高系统设计的灵活度。

  紫外光電探測器在國防領域、電網安全監測、醫學成像、海上搜救、環境與生化檢測、森林火災告警等諸多領域有重要應用,是世界各國競相研發的焦點。近年來,中國科學院甯波材料技術與工程研究所曹鴻濤研究團隊通過在耗盡型的SnOx/IGZO薄膜晶體管背溝道表面修飾p型PEDOT:PSS薄膜,實現了兩端和三端器件的耦合,構建了高性能可見盲紫外光電探測TFTs。由于充分利用了兩端(垂直方向內建電場,分離電荷)和三端器件(側向源漏電場,收集電荷)的優勢,器件的光電響應和光敏性均得到了顯著的提高。上述成果發表于ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 8102-8109

  此外,“人工智能(AI)”已經成爲了全球的研究熱點之一,而突觸是基于器件層面構建人工神經網絡的重要基礎工具之一。團隊在前期研究的耦合器件工作基礎之上,構建了高靈敏、低功耗模擬視覺神經突觸的光電子器件,器件工作在可見光和紫外光區,具有長程、短程可塑性,並具有選擇性記憶和遺忘功能。對信號強度低至1μW/cm2的藍色光脈沖具有響應性,單個器件電學功耗小于10pW,並可實現光寫入、電擦除功能。利用高k柵介質可進一步降低工作電壓這一思路,團隊還構建了全透明的可見光響應的光敏神經突觸器件,器件可對弱光響應,且能耗更低。上述成果發表在Nano Energy 2019, 62,772-780

  上述工作得到國家自然科學基金、中科院國際合作重點項目、甯波市科技創新團隊以及甯波市自然科學基金等項目的資助。

图1 pn结和TFT耦合器件的工作原理及光电响应性能

图2 光敏神经突触器件用于视觉模拟的示意性方案及耦合器件在长程、短程可塑性和宽光谱响应方面的性能展示

  (纳米事业部 梁凌燕)

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