基于并五苯的光电突触晶体管及视觉识别电路仿真研究.pdfVIP

摘要

摘要

在现在的时代背景下，是否能找到一种跳脱出传统冯诺依曼架构的方法，成

为了大数据、人工智能等技术领域发展的关键因素。受到人脑的启发，发展具备

突触特性的人工突触器件是必要的。凭借多端口、制备工艺成熟、集成度高等优

OrganicSynapticPhoto-TransistorOSPT

点，有机突触光电晶体管（，）从众多类型

的突触器件中脱颖而出。然而，由于传统的突触晶体管对突触特性的调控大多使

用电调控，在进行视觉识别时常常需要再加上光电转换的模块，加重了系统的复

杂度并提高了功耗。基于现存问题，采用具有光敏特性的并五苯半导体材料作为

器件的沟道层，构建可由光电信号协同调控的突触晶体管器件，证实其具备光记

忆的视觉识别功能。本论文主要研究内容及工作如下：

1.构建基于有机光敏半导体材料并五苯作为沟道层的突触晶体管，研究不同载

流子捕获层对突触晶体管性能的影响。通过选择两种有机材料聚苯乙烯（PS）、

聚甲酸丙烯酸甲酯（PMMA）分别作为器件载流子捕获层，研究结果表明：PS作

为载流子捕获层的突触晶体管器件，其阈值电压为-21V、载流子迁移率为0.4470

25

cm/Vs、开关比为5.6×10；PMMA作为载流子捕获层，其上述三项电性能参数分

25

别为-25V、0.3502cm/Vs和3.74×10。对比这两种材料接触角，结果发现PS相

PMMAPS

较于具有更好的疏水性，表示具有更低的表面能。利于并五苯在结晶

过程中形成小而致密的晶粒，最终能够提升器件性能。进一步地，对两种突触晶

体管的单脉冲突触后电流进行测试对比，选择以PS作为器件的载流子捕获层进行

视觉识别研究。研究结果表明：器件在受到与人眼类似的激励时，能够表现出与

人眼光记忆特性十分相似的响应结果。基于这种光记忆效应，实现视觉识别功能。

2.基于上述OSPT的非线性叠加效应，搭建一种光电“储存池”（Photoelectronic

ReservoirComputingPERCOSPTPERC

，）系统，降低的数量及复杂度。系统包括

储存层与读出层两部分，其中储存层用于储备不同的输入时序信息，由制备的

OSPT组成。读出层用于将不同的储存态读出，该功能由模拟电路实现。利用时序

特征的光电脉冲进行刺激，储存层将输入的光电信息以电导态的形式进行储备，

通过读出层电路对储存池状态进行读取以实现视觉识别功能。读出层部分主要由

电流转电压模块和模数转换模块组成，为了规避储存层输出端电压变化引起的储

存态偏差，使用运算放大器对输出端进行钳位。

关键词：神经形态，光电突触晶体管，视觉识别，电路仿真

I

ABSTRACT

ABSTRACT

Inthecurrentera,whetherwecanfindawaytojumpoutofthetraditionalvon

Neumannarchitecturehasbecomeakeyfactorinthedevelopmentoftechnologyfields

suchasbigdataandartificialintelligence.Inspiredbyhumanbrain,itisnecessaryto

developartificialsynapticdeviceswithsynapticproperties.Withtheadvantagesof

multi-po