人工視覺智能技術在安全、醫療和服務等領域頗有應用潛力。然而，隨著網絡化和信息化的發展，基于馮·諾依曼構架的現有視覺系統因功耗問題難以實時處理海量激增的視覺數據。仿生人類視覺的光電突觸器件可集圖像信息采集、存儲和處理于一體，有效解決現有視覺系統存在的時效性、功耗等問題。非晶氧化物半導體薄膜晶體管(TFT)作為傳統電子器件在顯示、電子電路等領域已實現產業化應用。因此，基于氧化物TFT的創新器件在產業工藝兼容性、與后端電路的在板集成等方面優勢明顯，在仿生人類視覺神經突觸器件的研發方面，亟待解決如可見光響應弱、頻率高效選擇性、不同波段信號串擾等一些關鍵科學和技術問題。
 

　　中國科學院寧波材料技術與工程研究所功能薄膜與智構器件團隊闡明了非晶氧化物半導體器件中與氧空位息息相關的突觸權重調控的微觀機理，為提高可見光響應奠定了理論基礎，設計了背溝道修飾pn異質結的光電突觸TFT，有效耦合了三端器件的柵壓調控和兩端器件的內建電場調控功能，兼具高光電響應、易集成、低功耗等優勢。
 

　　近期，該團隊攜手福州大學教授張海忠團隊，設計了基于InP量子點/InSnZnO的光電TFT的仿生視覺傳感器，將氧化物半導體優異的電傳輸特性和InP量子點良好的寬光譜響應特性有機結合，使器件具有優異的柵極可控性和可見光響應特性，通過簡單控制柵極偏置實現初始狀態的調控，仿生模擬了人眼暗視和明視環境下適應功能的切換。該工作構建的TFT陣列在感知紅綠藍三原色字母時均表現出逼真的環境自適應特征。此外，基于該光電傳感陣列的三層衍射神經網絡用于手寫數字識別模擬，準確率可達93%。該研究為開發環境適應性人工視覺系統開辟了新途徑，并對神經形態光電子器件的研發具有啟發性意義。
 

　　相關研究成果發表在《先進功能材料》(Advanced?Functional?Materials，DOI: 10.1002/adfm.202305959)上。研究工作得到國家自然科學基金和寧波市重大科技攻關項目等的支持。
 

人眼明暗適應過程與氧化物光電薄膜晶體管光電流變化過程的類比演示