【国内论文】松山湖材料实验室——利用非晶态 Ga₂O₃ 薄膜实现视网膜启发的 X 射线光电突触

        近期，由松山湖材料实验室的研究团队在学术期刊 Advanced Science 发布了一篇名为 Retina-Inspired X-Ray Optoelectronic Synapse Using Amorphous Ga₂O₃ Thin Film（利用非晶态 Ga₂O₃ 薄膜实现视网膜启发的 X 射线光电突触）的文章。

摘要

        机器视觉技术广泛应用于日常生活和工业生产中的物体识别，其中图像由传感器、存储器和处理单元依次捕获和处理。作为一种促进图像识别效率的优选方案，神经形态光电子突触在非电离辐射范围内受到热烈追捧，但在电离辐射（包括 X 射线）范围内却很少受到关注。在这里，该研究提出了一种使用非晶 Ga₂O₃ (a-Ga₂O₃) 薄膜的 X 射线光电子突触。由于界面 VO²⁺ 缺陷及其缓慢的中和速率，金属/a-Ga₂O₃ 界面的增强电子隧穿过程产生了显着的 X 射线诱导的突触后电流，分别为第一次、第五次和第十次激发期间贡献了 20.5、64.3、164.1 µC mGy⁻¹ cm⁻² 的灵敏度。此外，在商业化非晶硅 (a-Si) 薄膜晶体管 (TFT) 阵列上构建了一个 64×64 的图像传感器。由于单个像素的出色长期可塑性，图像对比度可以在一系列 X 射线脉冲下明显改善，这有利于基于人工神经网络的后续图像识别和分类。非晶氧化物半导体具有大规模生产能力和与现代微电子技术良好兼容性的优点，可促进神经形态 X 射线成像器和相应机器视觉系统的开发。

图 1. a) 石英衬底和在纯氩气以及氩气和氧气混合物中制备的 a-Ga₂O₃ 薄膜的 XRD 曲线；b) 上述两种薄膜的透射光谱；c) XPS 勘测光谱；d) Ga 2p 核电平光谱；e,f) O 1s 核电平光谱。

图 2：在 a) 0 秒、b) 900 秒、c) 1800 秒和 d) 2700 秒 X 射线辐照后，a-Ga₂O₃（纯 Ar）的 HRTEM 图像和相应的选区电子衍射 (SAED) 图样。

DOI：

doi.org/10.1002/advs.202410761