近日，合肥工業(yè)大學(xué)微電子學(xué)院先進(jìn)半導(dǎo)體器件與光電集成實(shí)驗(yàn)室的羅林保教授與安徽大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院何剛教授合作，成功研發(fā)出一種具有寬光譜響應(yīng)的雙模式光電子器件，實(shí)現(xiàn)了單像素成像和類腦計(jì)算的雙模式切換。相關(guān)成果以“Dual-Mode Semiconductor Device Enabling Optoelectronic Detection and Neuromorphic Processing with Extended Spectral responsivity”為題，在線發(fā)表在國(guó)際期刊Advanced Materials上(DOI: 10.1002/adma.202409406)。

光電探測(cè)器在成像過(guò)程中一般對(duì)光脈沖的響應(yīng)速度較快，但無(wú)法持續(xù)保留所獲取的圖像信息或處理復(fù)雜的時(shí)序數(shù)據(jù)。相較之下，神經(jīng)態(tài)光電探測(cè)器的響應(yīng)速度較慢，這使其難以即時(shí)響應(yīng)高頻信號(hào)。因此，將兩種不同響應(yīng)速度的器件集成于一個(gè)半導(dǎo)體器件中，面臨著巨大挑戰(zhàn)。該研究團(tuán)隊(duì)在深入分析了上述問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出并制備了一種高性能PbS/Al₂O₃/Si混合異質(zhì)結(jié)器件，成功實(shí)現(xiàn)了光電探測(cè)與類腦處理的雙功能模式轉(zhuǎn)換。

在模式1中，器件異質(zhì)結(jié)有效分離光生電子-空穴對(duì)，展現(xiàn)出從深紫外(265 nm)到近紅外(1650 nm)波長(zhǎng)的超寬光譜響應(yīng)；同時(shí)利用單像素成像系統(tǒng)能夠復(fù)現(xiàn)256×256像素的高質(zhì)量圖像，在光強(qiáng)為8.58μW/cm2時(shí)，Q值低至0.00437μW/cm2。而在模式2中，器件具備典型的PPC行為，能夠作為類腦器件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字分類，準(zhǔn)確率高達(dá)96.5%。這一特性充分體現(xiàn)了其在時(shí)序信息處理中的有效性，特別是在獲取時(shí)序性數(shù)據(jù)方面。該研究為雙模式光電器件的構(gòu)建與發(fā)展提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，將有力推動(dòng)多功能器件在智能芯片應(yīng)用中的多模式和集成化快速發(fā)展。

圖1. （a）基于輸出光電流脈沖（0PP）波形對(duì)光電探測(cè)器的功能進(jìn)行分類；

（b）在暗態(tài)下兩種模式的I–V曲線；

（c）不同模式下，器件在有光和無(wú)光條件下能帶圖的仿真結(jié)果；

（d）在 7.79% 采樣率下，利用單像素成像系統(tǒng)獲得復(fù)現(xiàn)圖；

（e）用于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字識(shí)別的光電儲(chǔ)備池計(jì)算示意圖；

（f）不同波長(zhǎng)下標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字識(shí)別的準(zhǔn)確率。

該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、安徽省高校協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202409406

新聞鏈接：http://news.hfut.edu.cn/info/1011/68574.htm

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