【摘 要】
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仿生人工视觉系统具有可以模拟生物视觉系统的能力,同时具有结构简单、实时、高速、低功耗等优势,吸引了越来越多的关注与研究。二硫化钼（MoS2）作为一种二维半导体材料,具有特殊的原子结构、极好的光响应、良好的机械柔性,并且适用于现有的半导体加工体系,被广泛的应用在光电多功能器件领域,在新型人工视觉系统的应用中具有巨大优势。然而,目前基于二维二硫化钼半导体的多功能光记忆器件的研究较少,相应的结构设计和性
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仿生人工视觉系统具有可以模拟生物视觉系统的能力,同时具有结构简单、实时、高速、低功耗等优势,吸引了越来越多的关注与研究。二硫化钼（MoS2）作为一种二维半导体材料,具有特殊的原子结构、极好的光响应、良好的机械柔性,并且适用于现有的半导体加工体系,被广泛的应用在光电多功能器件领域,在新型人工视觉系统的应用中具有巨大优势。然而,目前基于二维二硫化钼半导体的多功能光记忆器件的研究较少,相应的结构设计和性能调控方面还有待进一步的探索与开发。本文从二维二硫化钼入手,进行界面设计和性能调控来实现光记忆功能,揭示了材料与特性、器件结构与性能之间的构效关系,并将其应用在具有新颖性能的人工视觉系统。分别研究了光记忆功能的原理与设计;探索了共价引入羟基的MoS2光记忆功能的工作机理与性能;系统的研究了MoS2薄膜、表面覆盖不连续金属铟层的MoS2薄膜的光记忆性能和铟层对器件性能的影响;构筑了基于In2Se3/MoS2异质结的柔性近红外光突触器件,进一步研究了In2Se3/MoS2异质结光记忆功能的原理和光、力调节的性能。首先介绍了对于基于二硫化钼的光记忆器件构筑的原理与设计。利用第一性原理分析了二硫化钼的能带、态密度和差分电荷密度;设计并分析了修饰羟基和氨基的二硫化钼的能带变化;研究了表面部分覆盖金属铟层和银层的二硫化钼的能带与差分电荷密度;分析了WS2/MoS2异质结与In2Se3/MoS2异质结的能带,为实验操作与课题开展确定了方向并提供了指导。在共价引入羟基的MoS2及其光记忆性能的研究中,系统的研究了KOH溶液辅助的化学气相沉积法制备单层亲水性MoS2单晶与薄膜的生长情况;设计并构筑了MoS2光记忆晶体管,记忆窗口为29.6 V;系统研究了MoS2光记忆晶体管的机理以及不同光照情况下的光记忆性能;构筑了10×10的MoS2光记忆晶体管阵列,探索了波长与光照后等待时间对阵列性能的影响。在金属铟层表面修饰MoS2及其光记忆性能的研究中,首先研究了MoS2光突触器件及其在不同光照情况下的突触可塑性;设计并构筑了表面覆盖不连续金属铟层的MoS2光突触器件,研究了不连续铟层的覆盖率对MoS2光突触器件的功耗与光突触性能的影响,可控的将MoS2光突触器件功耗从每脉冲71.69 fJ降低至68.9 aJ,远低于生物突触的功耗（～10 fJ）;构筑了半球形石英基底上的5×5的In/MoS2光突触器件阵列,实现了对字母“H”、“I”和“T”曲面图案的传感和记忆。在In2Se3/MoS2异质结及其光记忆性能的研究中,设计并构筑了In2Se3/MoS2异质结光突触器件;系统的研究了可见光和近红外光（1060 nm）下不同光照时间、光脉冲频率、光强和光脉冲个数对突触性能的影响,以及应变对于In2Se3/MoS2光突触器件突触可塑性的提高;进一步构筑了柔性PET基底上的10×10的In2Se3/MoS2异质结光突触器件阵列,实现了近红外光下对“蝴蝶”图案的传感和记忆功能。
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