← 返回
电动汽车驱动 ★ 4.0

具有压电/光控调制功能的Ga₂O₃基光电突触用于多模态感知

Ga₂O₃-Based Optoelectronic Synapse With Piezo/Photo-Gated Modulation for Multimodal Perception

作者 Hongbin Wang · Peng Li · Lin Yang · Zhongzheng Jin · Jiangang Ma · Yichun Liu
期刊 IEEE Electron Device Letters
出版日期 2025年7月
技术分类 电动汽车驱动
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 Ga2O3/ZnO突触器件 多模态感知 应变调制 突触可塑性 人工触觉感知系统
语言:

中文摘要

摘要:Ga₂O₃凭借高的深紫外(DUV)响应度和持续光电导(PPC)特性,可用于实现低功耗突触器件。然而,现有Ga₂O₃突触中PPC弛豫可控性有限,限制了其可塑性的可调性。本研究展示了一种用于多模态感知的压电/光门控调制的Ga₂O₃/ZnO突触器件。该器件在254 nm光脉冲作用下表现出可重构的突触可塑性,包括双脉冲易化、短期到长期可塑性转变以及动态权重调制。关键的是,-0.57%的压应变使突触权重变化提高了22%(从1076.3%提升至1310.2%),这归因于异质结界面处应变诱导的能带弯曲,该弯曲调节了载流子分离和氧空位复合。这种应变调制行为可应用于人体智能医疗保健,利用单层神经网络进行心电图模式识别时,准确率达到83.5%。本研究为开发具有传感 - 存储 - 处理一体化功能、功能可调的光电突触以用于人工触觉感知系统提供了一种可行的方法。

English Abstract

Ga2O3 leverage high deep-ultraviolet (DUV) responsivity and persistent photoconductivity (PPC) to enable low-power synaptic devices. However, limited PPC relaxation controllability in existing Ga2O3 synapses restricts tunable plasticity. This work demonstrates a piezo/photo-gated modulated Ga2O3/ZnO synaptic device for multimodal perception. The device exhibits reconfigurable synaptic plasticity—including paired-pulse facilitation, short-to-long-term plasticity transition, and dynamic weight modulation—under 254 nm light pulses. Crucially, compressive strain (-0.57%) enhances synaptic weight change by 22% (from 1076.3% to 1310.2%), attributed to strain-induced band bending at the heterojunction interface that regulates carrier separation and oxygen vacancy recombination. This strain-modulated behavior enables intelligent health care to the human body, where electrocardiogram pattern recognition achieves 83.5% accuracy using a single-layer neural network. This study establishes a viable approach for developing functionally tunable photoelectric synapses with co-integrated sensing-memory-processing capabilities for artificial tactile-perception systems.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于Ga₂O₃/ZnO异质结的光电突触技术虽然目前聚焦于神经形态计算领域,但其核心机制对我们的新能源业务具有潜在的交叉价值。

该技术的深紫外响应特性和持续光电导效应,为光伏系统的智能化感知提供了新思路。在我们的光伏逆变器和储能系统中,集成化的传感-存储-处理能力可显著提升设备的自适应性能。特别是其压电/光电协同调制机制,通过应变调控实现22%的突触权重提升,这种多物理场耦合的调控方式可启发我们在光伏组件应力监测、储能电池形变感知等场景中开发新型传感融合技术。

从应用前景看,该技术展示的多模态感知能力与我们推进的智慧能源管理系统高度契合。其在心电图模式识别中达到83.5%的准确率,证明了边缘计算的可行性,这对于分布式光伏电站的实时故障诊断、储能系统健康状态评估具有借鉴意义。低功耗特性也符合我们对系统能效优化的持续追求。

然而,技术成熟度方面存在明显挑战。Ga₂O₃材料的制备工艺复杂、成本较高,且254nm深紫外工作波段与常规光伏应用场景(可见光至近红外)存在显著差异。将实验室器件转化为工业级、宽光谱响应的传感组件,需要材料体系的重大改进。

建议我们的研发团队关注其异质结界面工程和应变调控机理,探索在柔性光伏组件、可穿戴储能设备等新兴领域的适配性,同时评估与现有硅基、钙钛矿技术路线的兼容性,为未来智能化新能源系统储备前沿技术。