研究背景

 当前基于人工突触的神经形态视觉系统面临两大瓶颈：一是传统“感-存-算”分离架构导致高功耗和延迟，难以满足智能驾驶等边缘计算需求；二是现有光电突触器件依赖单一的波长选择或电学极性调控，控制模式割裂，无法实现鸟类视觉系统中“光谱-极性”协同编码的双向可塑性，且有机薄膜器件因迁移率低和界面缺陷多，光响应度远未达到要求。

研究内容

天津大学杨方旭、孙玲杰、贵州师范大学高昌松、季华实验室Yu Zhang团队基于有机二维分子晶体（2DMC）p-n 异质结，开发了一种新型全光谱双向光电突触晶体管（OST）。该器件选用C8-BTBT（p型）和TFT-CN（n型）两种典型半导体，通过液相基底自组装法制备高质量2DMC异质结，利用其优异结晶性和分子级厚度实现高效激子分离与扩散，获得显著的双极特性。该器件在单一平台上集成了波长选择性和电学极性依赖的双向突触调制机制：通过365 nm（紫外）和810 nm（近红外）光脉冲分别触发抑制性突触后电流（IPSC）和兴奋性突触后电流（EPSC），同时通过栅极电压极性反转亦可实现兴奋/抑制行为的动态重构。研究系统表征了器件的结构、光电性能及双向突触可塑性（包括短时程可塑性STP、长时程可塑性LTP、双脉冲易化PPF等），并通过有限元模拟和开尔文探针力显微镜揭示了其正负光响应机制。最后，基于该器件构建了宽光谱车载智能视觉系统，在复杂场景下实现交通目标分类准确率>90%。

文章亮点

1.全光谱双向调控：首次在单一晶体管平台上同时实现波长选择和栅极极性控制两种双向调制机制，覆盖紫外-可见-近红外全光谱范围（300–900 nm），突破了现有器件仅依赖单一调控模式的局限。

2.超高光电性能：基于高质量2DMC异质结，实现光灵敏度（P）4969.3、光响应度（R）6.3×10⁴A W⁻¹的优异指标，在弱光下仍保持极高探测能力，性能远超同类器件。

3.仿生设计理念：灵感源于鸟类四色视觉系统的光谱-极性协同编码机制，通过p-n异质结模拟生物突触的双向可塑性，实现更贴近生物神经网络的复杂视觉信息处理能力。

4.低能耗运行：器件在V_DS低至0.001 V、脉宽0.1 s条件下即可模拟典型EPSC行为，单次事件能耗低至18.4 fJ，满足边缘计算的低功耗需求。

5.实际应用验证：成功构建宽光谱车载智能视觉系统，利用紫外辅助道路识别、近红外动态视觉感知及事件驱动机制，在复杂环境下实现五种典型交通目标>90%分类准确率。

图文信息

原文链接

https://doi.org/10.1002/adma.7369