一、研究背景：

面向大脑启发的生物信息处理系统应用场景，神经形态计算器件引起业界高度关注。目前诸多研究机构开发的基础器件大多数是在刚性基板上制备的，并且其能耗水平比生物突触高几个数量级。这主要是因为长响应时间和高水平的突触后电流（PSC）限制了突触功耗的进一步降低。此外，将光集成到突触操作中不仅可以扩大其带宽，还可以通过协同光电调制实现更复杂的场景。

二、文章简介：

近日，复旦大学微电子学院陈琳教授团队提出了一种新型可穿戴有机铁电人工突触，它具有两种调制模式（光调制和电调制）。由于有机半导体的高光敏性和铁电材料的超快极化切换，突触装置具有 30 ns 的超快运行速度和每个突触事件 0.0675 aJ 的超低功耗。在联合光电调制下，人工突触实现了联想学习。相关成果发表在Nano Letters上。

三、研究内容：

1. 柔性光电突触晶体管的结构

该器件是在柔性PEN 基板上制备的，ITO用作底部电极。层之间的边界清晰， C8-BTBT 薄膜均方根（RMS）仅为 0.651 nm，因此获得的表面非常光滑，从而保证了更好的性能和均匀性。图中可以看出该器件具有高度透明性和柔韧性。

2. 突触权重的电调制和光调制

C8-BTBT 通道充当传输信息的突触。黑暗条件下，通道中电荷载流子的浓度由栅极偏压调节。通过电调制成功实现生物突触的PPF，STDP，LTP/LTD功能。C8-BTBT优异的光吸收和电学特性使其能够有效地调制有机异质结处的光生载流子。光调制下通道中的光生载流子对电流有主要贡献。光调制下成功模拟STP到LTP的转变及滤波特性和学习体验行为。

图2. OST 突触权重的电调制。

图3.OST 突触权重的光调制。

3. 柔性性能的表征

在不同弯曲应变和不同弯曲次数下的器件性能保持稳定，拓宽了光电突触在可穿戴领域的应用。

图4. OST 的柔性性能。

4. 超低功耗和联想学习功能

在 50 mV 的读取电压下，突触事件的最低能量消耗仅为 0.0675 aJ。通过耦合光电脉冲，通过经典的条件反射实验（巴甫洛夫的狗）来模拟联想学习。

图5. 光电突触的超低功耗突触可塑性及关联学习过程。

本文在柔性基板上开发了一种有机铁电光电双调制人工突触，并模拟了各种重要的突触功能，单个突触事件的功耗低至 0.0675 aJ。此外，通过耦合光电脉冲实现经典巴甫洛夫的学习。鉴于其出色的灵活性、低于艾焦耳的功耗和出色的信号处理能力，铁电 OST 为未来的可穿戴超低功耗感存算一体系统提供了一种很有前景的方法。