【摘 要】
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突触是大脑学习和记忆行为的基础,因此开发出具有突触功能的电子器件是从硬件上实现神经形态计算系统的关键。在人类获取的信息中,近80%是通过视觉系统感知和获得的,所以研制具有光信号感知功能的突触器件对于模拟人类视觉神经系统至关重要。而且,相较于电刺激-电输出的人工突触器件,光电突触器件具备高带宽、超快信号传输、低能耗等优势,被认为是最有希望代替传统冯·诺依曼计算体系的候选者之一。在众多的材料当中,有机
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突触是大脑学习和记忆行为的基础,因此开发出具有突触功能的电子器件是从硬件上实现神经形态计算系统的关键。在人类获取的信息中,近80%是通过视觉系统感知和获得的,所以研制具有光信号感知功能的突触器件对于模拟人类视觉神经系统至关重要。而且,相较于电刺激-电输出的人工突触器件,光电突触器件具备高带宽、超快信号传输、低能耗等优势,被认为是最有希望代替传统冯·诺依曼计算体系的候选者之一。在众多的材料当中,有机半导体具有成本低、易于成膜、可与柔性衬底相结合等优点,因此越来越多地应用于突触器件的制备。在有机光电突触器件中,如何降低有机半导体中光生载流子的复合速率,提高相应器件的保持特性,是其面临的严竣挑战之一。本论文制备了三种基于p型有机半导体酞菁铜（CuPc）的光电突触器件,结合有机铁电材料聚（偏二氟乙烯-三氟乙烯）（P（VDF-Tr FE））的特性对界面势垒进行调节,从而提高器件的性能,主要研究内容如下:1.采用聚3,4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）、P（VDF-Tr FE）和CuPc,制备了ITO/PEDOT:PSS/P（VDF-Tr FE）/CuPc/Au双异质结结构的两端有机光电突触器件。该突触器件对660 nm的光脉冲表现出灵敏的响应。施加5个连续的光脉冲后,器件光电流在20秒后仍然保持有最大值的79%。相比之下,ITO/PEDOT:PSS/CuPc/Au器件在20秒后的光电流衰减至最大电流值的56%。因此,在PEDOT:PSS和CuPc层之间引入介质P（VDF-Tr FE）层增加了界面势垒,减缓了电子空穴复合速率,提高了器件保持特性。该光电器件成功地模拟了兴奋型生物突触的一些重要的突触功能和学习经验行为。在此基础上,模拟了痛觉感受器的主要特征和人类视觉记忆系统。2.使用n型半导体十六氟酞菁铜(F16CuPc)与CuPc形成异质结,制备了自供电工作方式的ITO/P（VDF-Tr FE）/CuPc/F16CuPc/Al的光电突触器件。在660 nm光脉冲刺激下,该器件表现出抑制性突触后电流（IPSC）。该器件成功地模拟了一些重要的抑制性突触功能。由于脉冲依赖可塑性与频率之间的负相关特性,该自供电光电突触器件有潜力进行图像预处理的动态低通滤波操作,有望实现对图片的虚化处理。3.制备了结构简单的ITO/CuPc/P（VDF-Tr FE）/Au的光电突触器件。该两端器件对660 nm光脉冲序列表现出不断增强的响应光电流,而445 nm光脉冲序列则对响应光电流产生抑制效果。这种双向响应的特性使得该器件能够在全光调制下实现兴奋和抑制性突触行为的模拟。铁电聚合物P（VDF-Tr FE）的引入,在有机半导体CuPc和Au电极之间产生势垒,有利于光生载流子被缺陷所捕获,降低复合速率,极大的提高了器件的保持特性。此外,P（VDF-Tr FE）的铁电极化也影响到器件响应电流的衰减行为。除了模拟生物突触的一些基本功能外,还应用该器件成功地模拟了痛觉感受器的功能及疼痛抑制过程。
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