“二硫化钼” 点亮人工视觉：大规模均匀光电子突触阵列

来源：上海幂方电子科技有限公司更新时间：2025-02-28 09:13:46 阅读量：87

导读：“二硫化钼” 点亮人工视觉：大规模均匀光电子突触阵列

研究背景

受生物视觉系统启发的智能人工视觉神经系统备受关注，但目前神经形态视觉技术发展面临电路复杂、功耗高、效率低和设备小型化等挑战。单设备模拟仿生视觉系统难以满足视觉信息并行处理需求。过渡金属二硫属化物（TMDs），尤其是单层MoS2，因优异的电学和光学性能在人工智能电子器件领域潜力巨大。不过，此前基于 2D 材料的人工突触器件多聚焦于单器件概念验证，大规模突触器件阵列研究较少，且 2D 突触器件的设计和制造过程复杂，难以实现高度均匀且可扩展的突触阵列。构建大规模高密度集成突触器件阵列对推动人工神经网络发展、模拟生物视觉功能意义重大。

研究内容

近来，受生物启发的智能人工视觉神经系统引起了极大的关注。然而，在追求大规模并行且高效的视觉记忆与识别方面，仍存在重大障碍。在本研究中，北京理工大学赵静教授团队展示了一种用于人工视觉神经形态系统的 28×28 突触器件阵列，其尺寸为 0.7×0.7 厘米，集成了传感、记忆和处理功能。该高度均匀的浮栅突触晶体管阵列由晶圆级生长的单层二硫化钼构建而成，其中金纳米颗粒（NPs）作为电子捕获层。由于其可切换的电子存储性能，实现了多种突触可塑性行为。通过对 784 个器件的突触阵列并行处理光信号和电信号，实现了出色的光电协同能力，能够实现徽章和字母的写入和擦除过程。最后，通过光 / 电信号调制建立的人工视觉卷积神经网络（CNN），数字识别准确率可高达 96.5%。因此，该研究结果为未来大规模集成人工视觉神经形态系统提供了一条可行的途径。相关研究以“Large-scale high uniform optoelectronic synapses array for artificial visual neural network”为题发表在Microsystems & Nanoengineering期刊上。

图文导读

Fig. 1 Human visual system and artificial synaptic devices array.

Fig. 2 Plasticity of the artificial optoelectronic synapses.

Fig. 3 Schematic diagrams of the working mechanism of the optical synaptic transistor.

Fig. 4 Excellent and uniform performance of 784 optoelectronic synapses.

Fig. 5 Synaptic devices array used for iconic memory and analog recognition.

总结与展望

本工作设计了一个浮动栅场效应晶体管阵列，具体展示为在0.7×0.7平方厘米的面积内集成了28×28个器件的阵列。每个器件都展现出稳定且卓越的光电子性能，能够模拟视觉突触的可塑性，从而使集成的人工突触器件阵列得以模拟人类视觉神经网络。感知、记忆和遗忘视觉信号的仿生过程通过这些人工突触器件得以高效复制。构建的人工突触神经网络具有高度集成、稳定均一、出色的并行性和高效性等特点。通过光信号编程和电信号擦除图像，这种并行处理光电子信号的能力有望显著提升下一代计算机的性能。此外，通过光信号调节突触权重已被用于手写图像识别，实现了高达96.5%的高识别准确率。为避免复杂电路导致的连接不稳定问题，我们采用探针台来测量器件的性能。然而，设计合适的支撑电路有助于使测试更加便捷高效，这也是我们未来进一步优化的方向。简而言之，这一成果凸显了该网络在深度学习场景中的潜在适用性，彰显了其在推动计算技术发展方面的实用价值。

文献链接

Zhang et al. Microsystems & Nanoengineering (2025) 11:5

https://doi.org/10.1038/s41378-024-00859-2

来源：Artificial Synapse

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