Piezo-phototronic effect modulated optoelectronic artificial synapse based on a-Ga2O3/ZnO heterojunction

异质结 材料科学 突触 光电子学 半导体 突触可塑性 带隙 纳米技术 神经科学 生物 生物化学 受体
作者
Jiantao Wang,Yaju Zhang,Donggang Xie,Yuanzheng Zhang,Yongqiu Li,Bei Liu,Qianqian Han,Banghao Wu,Chen Ge,Haiwu Zheng
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:120: 109128-109128 被引量:44
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.109128
摘要

Amorphous gallium oxide (a-Ga2O3) based optoelectronic devices responds to deep ultraviolet (DUV), which triggers their potential applications for simulating biological vision system. However, there is still lack of research on the influence of multiple stimuli on regulating synaptic plasticity in artificial synapse. Herein, we reported a flexible a-Ga2O3/ZnO film heterostructure with tunable DUV photoresponse, serving as a promising platform for artificial optoelectronic synapse. Based on persistent photoconductivity effect under 265 nm illumination, basic synaptic functions have been mimicked. Notably, the strain-induced piezo-phototronic effect of the heterojunction enables the modulation of synaptic plasticity, playing a role analogous to neuromodulator interaction with biological synapse activity. Strain-evoked an additional degree of freedom controls synapse weight-update rate during learning process and synapse weight-decay during forgetting process. The underlying mechanism is attributed to energy band bending tailored by strain-induced piezo-potential that determines carrier separation/transport and the recombination reaction of ionized oxygen vacancy. The recognition accuracy of MNIST images is as high as 92.31% in the artificial neural network constructed by the heterojunction devices. This work not only exhibits the application prospect of ultra-wide bandgap semiconductor-based heterojunction in artificial optoelectronic synapse, but also opens up a new avenue for multiple stimuli modulating synaptic plasticity.
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