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储能系统技术 储能系统 ★ 4.0

具有多波长响应的IGZO/HfOx异质结光电子忆阻器用于神经形态视觉系统

IGZO/HfOx Heterojunction Optoelectronic Memristor With Multiwavelength Response for Neuromorphic Visual System

作者 Jiahui Zheng · Zhihao Tao · Zhuangzhuang Li · Xuanyu Shan · Jiulong Sun · Peng Li
期刊 IEEE Electron Device Letters
出版日期 2025年8月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 宽禁带金属氧化物半导体 氧缺陷IGZO/HfOx异质结忆阻器 多波长响应 神经形态视觉系统 彩色图像识别
语言:

中文摘要

宽带隙金属氧化物半导体具备适用于神经形态视觉系统的特性,包括高光吸收效率和持续光电导性。然而,它们对低能量光子的响应能力有限,这阻碍了需要颜色辨别和多光谱信号处理的应用。为应对这一挑战,我们开发了一种具有多波长响应的缺氧铟镓锌氧化物(IGZO)/氧化铪(HfOx)异质结忆阻器。该器件在350 - 680纳米光照下展现出突触功能,如兴奋性突触后电流、双脉冲易化以及图像感知 - 记忆整合。利用光增强和电抑制特性,彩色图像识别在人工神经网络中的准确率达到了85.8%。IGZO的可见光响应归因于能够捕获光电子的氧缺陷能级。这项工作为利用具有全光谱检测能力的宽带隙氧化物半导体开发高效神经形态视觉系统提供了一条可行途径。

English Abstract

Wide-bandgap metal oxide semiconductors possess suitable characteristics for neuromorphic visual systems, including high light absorption efficiency and persistent photoconductivity. However, their limited responsivity to low-energy photons has hindered applications requiring color discrimination and multi-spectral signal processing. To address this challenge, we developed an oxygen-deficient IGZO/HfOx heterojunction memristor with multiwavelength response. The device demonstrates synaptic functionality under 350-680 nm illuminations, such as excitatory postsynaptic current, paired-pulse facilitation, and image perception-memory integration. Leveraging on the optical potentiation and electrical depression characteristics, the color image recognition has achieved 85.8% accuracy in an artificial neural network. The visible-light response of IGZO is ascribed to the oxygen defect energy levels capable of trapping photo-electrons. This work provides a viable pathway for developing high-efficiency neuromorphic vision systems using wide-bandgap oxide semiconductors with full-spectrum detection capabilities.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项IGZO/HfOx异质结光电忆阻器技术虽然聚焦于神经形态视觉系统,但其底层创新对我司智能化产品线具有重要参考价值。

该技术的核心突破在于通过氧缺陷工程实现宽带隙氧化物半导体的全光谱响应(350-680nm),这为光伏系统的智能感知提供了新思路。在我司光伏逆变器和储能系统中,精确的光照条件识别对于MPPT算法优化至关重要。传统光传感器难以实现多波段协同感知与记忆功能的集成,而该忆阻器展现的光学增强-电学抑制特性,可为开发具有自适应学习能力的环境感知模块提供技术路径,使系统能够根据历史光照模式优化发电策略。

从储能业务角度,该技术展示的类突触可塑性和图像识别能力(85.8%准确率)启发我们思考:是否可将类似原理应用于储能系统的状态监测?通过多光谱成像结合神经形态计算,实现电池热斑检测、组件老化评估等功能的低功耗、高实时性处理。

然而技术挑战不容忽视。该器件目前仍处于实验室阶段,距离工业级应用存在显著差距:氧化物薄膜的大规模制备一致性、长期稳定性、以及与现有CMOS工艺的兼容性都需验证。对阳光电源而言,短期内直接应用可能性较低,但值得在前瞻性研发中关注其在边缘智能、设备视觉诊断等方向的演进,特别是在智慧能源管理系统中探索低功耗神经形态计算的可行性,为下一代智能化产品储备技术洞察。