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基于有机分子纳米线异质结的具有可调谐的光电导性的人工视觉系统技术方案

技术编号:41184322 阅读:5 留言:0更新日期:2024-05-07 22:17
本发明专利技术提供了一种人工光突触装置,该人工光突触装置包括有机分子纳米线异质结。本发明专利技术的实施例所提供的基于有机分子纳米线异质结的人工视觉系统,可以模仿人类的视觉功能,具有持续的负光电导性或正光电导性。不同波长(从日盲到可见光范围)和功率密度的辐照可以刺激这些器件,有效地实现两种不同光电导性的突触行为。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及人工视觉系统,例如用于智能感官电子设备的视觉系统。


技术介绍

1、自从人工智能(ai)出现以来,信息和通信技术的发展大大促进了物联网(iot)、人工视觉系统、无人驾驶等的近期发展[1-3]。事实上,人脑是自然界中最复杂的结构之一,它能以高速和超低的功耗同时处理和存储大量数据[4-5]。在人脑的启发下,基于人工突触的设备和系统已经取得了很多进展。各种智能感官电子设备,如人工喉咙、人工皮肤和人工视觉系统,尤其受到关注[7-10]。据悉,大约80%的信息是由人类的视觉获得的。因此,视觉是接收外部信号的基本途径[11-12](见图6a)。图2a展示了生物突触的示意图,突触前的细胞通过神经递质向突触后的细胞传递信息。另外,人类的视觉系统可以识别不同波长的复杂图像,并将光学信号转换为生物信号进行处理,这激励了带有光电器件的人工视觉系统的发展[13](见图6c)。在这种情况下,人工视觉系统有可能充当仿生处理器和人工突触的信号接收器。

2、众所周知,神经元活动是人脑中视觉系统的基本属性,与神经可塑性有关[14]。这种神经可塑性取决于根据先前的刺激来处理、维持和继承神经元的能力。与电信号不同,人类视觉系统中的光信号在这里有几个优点,包括带宽宽、功耗低和长距离传输[15]。sun等人将sno2纳米线与离子凝胶组合在一起,来制备在日盲范围工作的广电神经突触[16]。随后,将in-ga-zn-o材料与离子凝胶一起引入,制造出具有低回扫亚阈值摆幅(<60mv/10)的人工视觉系统[17]。除了引入电介质层外,使用异质结也是实现突触功能的有效方法。meng等人介绍了一种2d/0d混合结构来制造人工突触,通过简单地将黑磷量子点(qds)集成到二维mosse(硒化硫钼晶体)上,实现了亚飞焦耳的功率消耗[18]。同样,huang等人将cspbbr3 qds分散到c8-btbt/ps有机薄膜中用于突触晶体管,在紫外线波段展现了超低的功耗,并有效地模仿了突触行为[19]。此外,各种基于二维(2d)材料和过氧化物的具有负光电导性的人工视觉系统已经被开发出来[1,20,21]。一方面,为了实现不同波长的正负光电导性,通常采用多层二维材料叠加的异质结[22,23]。但是,很难避免不使用复杂的转移过程来制备这些异质结,而大面积的异质结阵列在实际利用中也很难实现。另一方面,钙钛矿材料适用于大面积的制造,但存在空气稳定性差的问题。由于iii-v族纳米线(nw)材料具有独特的宽范围光反应、优异的电性能、稳健的稳定性,更重要的是容易制备大规模阵列,因此预计在人工突触装置中有很好的应用前景[24,25]。值得注意的是,这些一维(1d)纳米线的形态和拓扑特征类似于管状轴突,对神经系统的有效连接至关重要[26,27]。在这方面,利用iii-v族纳米阵列与其他材料系统(如有机半导体)的异质结集成,以构建高性能的人工视觉系统是非常理想的。


技术实现思路

1、因此,本专利技术在一个方面提供了一种人工光突触装置,该人工光突触装置包括有机分子纳米线(organic molecule-nanowire)异质结。

2、在一些实施例中,人工光突触装置还包括通过将第一有机材料膜包裹在第一纳米线装置上形成的第一异质结,或通过将第二有机材料膜包裹在第二纳米线装置上形成的第二异质结。

3、在一些实施例中,第一纳米线装置和第二纳米线装置是印刷纳米线阵列。

4、在一些实施例中,第一纳米线装置和第二纳米线装置是iii-v族半导体纳米线阵列。

5、在一些实施例中,第一纳米线装置和第二纳米线装置是ingaas纳米线阵列。

6、在一些实施例中,第一有机材料膜与第二有机材料膜不同,从而使得人工光突触装置具有可调整的光电导性。

7、在一些实施例中,第一有机材料膜是c8-btbt,第二有机材料膜是pc61bm。

8、在一些实施例中,ingaas纳米线阵列是通过两步催化固体源化学气相沉积(cvd)合成的。

9、在一些实施例中,持续的负光电导性(npc)或正光电导性(ppc)在第一异质结和第二异质结中被实现。

10、在一些实施例中,iii-v族半导体纳米线阵列是p型、n型或双极的。

11、在一些实施例中,iii-v族半导体纳米线阵列是二元的、三元的或四元的。

12、在一些实施例中,iii-v族半导体纳米线阵列位于第一有机材料膜或第二有机材料膜的上方或下方。

13、在一些实施例中,人工光突触装置的电介质层是在硅片上热生长的二氧化硅层。

14、在本专利技术的另一个方面,提供了一种制造人工光突触装置的方法,包括紫外光刻、旋涂和电子束光刻的步骤。

15、本专利技术的实施例所提供的基于有机分子纳米线异质结的人工视觉系统,可以模仿人类的视觉功能,具有持续的负光电导性或正光电导性。不同波长(从日盲到可见光范围)和不同功率密度的辐照可以刺激这些器件,有效地实现两种不同光电导性的突触行为。与可以实现不同波长的正负光电导性的器件相比,避免了复杂的转移过程,提高了空气稳定性。此外,大面积的异质结阵列是通过溶液工艺实现的。在这方面,利用iii-v族纳米线阵列与有机半导体集成的异质结,以构建高性能的人工视觉系统是非常理想的。

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【技术保护点】

1.一种人工光突触装置,其特征在于,该人工光突触装置包括有机分子-纳米线异质结。

2.根据权利要求1所述的人工光突触装置,其中还包括通过将第一有机材料膜包裹在第一纳米线装置上形成的第一异质结,或通过将第二有机材料膜包裹在第二纳米线装置上形成的第二异质结。

3.根据权利要求2所述的人工光突触装置,其中所述第一纳米线装置和所述第二纳米线装置是印刷纳米线阵列。

4.根据权利要求2所述的人工光突触装置,其中所述第一纳米线装置和所述第二纳米线装置是III-V族半导体纳米线阵列。

5.根据权利要求4所述的人工光突触装置,其中所述第一纳米线装置和所述第二纳米线装置是InGaAs纳米线阵列。

6.根据权利要求2所述的人工光突触装置,其中所述第一有机材料膜与所述第二有机材料膜不同,从而使得所述人工光突触装置具有可调整的光电导性。

7.根据权利要求6所述的人工光突触装置,其中所述第一有机材料膜是C8-BTBT,所述第二有机材料膜是PC61BM。

8.根据权利要求5所述的人工光突触装置,其中所述InGaAs纳米线阵列是通过两步催化固体源CVD方法合成的。

9.根据权利要求2所述的人工光突触装置,其中持续的负光电导性或正光电导性在所述第一异质结和所述第二异质结中被实现。

10.根据权利要求4所述的人工光突触装置,其中所述III-V族半导体纳米线阵列是p型、n型或双极的。

11.根据权利要求4所述的人工光突触装置,其中所述III-V族半导体纳米线阵列是二元的、三元的或四元的。

12.根据权利要求4所述的人工光突触装置,其中所述III-V族半导体纳米线阵列位于所述第一有机材料膜或所述第二有机材料膜的上方或下方。

13.根据权利要求1所述的人工光突触装置,其中该人工光突触装置的电介质层是在硅片上热生长的二氧化硅层。

14.一种制造如权利要求1所述的人工光突触装置的方法,包括紫外光刻、旋涂和电子束光刻的步骤。

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【技术特征摘要】

1.一种人工光突触装置,其特征在于,该人工光突触装置包括有机分子-纳米线异质结。

2.根据权利要求1所述的人工光突触装置,其中还包括通过将第一有机材料膜包裹在第一纳米线装置上形成的第一异质结,或通过将第二有机材料膜包裹在第二纳米线装置上形成的第二异质结。

3.根据权利要求2所述的人工光突触装置,其中所述第一纳米线装置和所述第二纳米线装置是印刷纳米线阵列。

4.根据权利要求2所述的人工光突触装置,其中所述第一纳米线装置和所述第二纳米线装置是iii-v族半导体纳米线阵列。

5.根据权利要求4所述的人工光突触装置,其中所述第一纳米线装置和所述第二纳米线装置是ingaas纳米线阵列。

6.根据权利要求2所述的人工光突触装置,其中所述第一有机材料膜与所述第二有机材料膜不同,从而使得所述人工光突触装置具有可调整的光电导性。

7.根据权利要求6所述的人工光突触装置,其中所述第一有机材料膜是c8-btbt,所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员:何颂贤谢朋杉王巍孟优
申请(专利权)人:香港城市大学
类型:发明
国别省市:

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