A Fully Solution‐Printed Photosynaptic Transistor Array with Ultralow Energy Consumption for Artificial‐Vision Neural Networks

神经形态工程学 材料科学 有机场效应晶体管 晶体管 光电子学 能源消耗 电压 纳米技术 计算机科学 人工神经网络 场效应晶体管 电气工程 人工智能 工程类
作者
Jialin Shi,Jiansheng Jie,Wei Deng,Gan Luo,Xiaochen Fang,Ye Xiao,Yujian Zhang,Xiujuan Zhang,Shun Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (18) 被引量:65
标识
DOI:10.1002/adma.202200380
摘要

Photosynaptic organic field-effect transistors (OFETs) represent a viable pathway to develop bionic optoelectronics. However, the high operating voltage and current of traditional photosynaptic OFETs lead to huge energy consumption greater than that of the real biological synapses, hindering their further development in new-generation visual prosthetics and artificial perception systems. Here, a fully solution-printed photosynaptic OFET (FSP-OFET) with substantial energy consumption reduction is reported, where a source Schottky barrier is introduced to regulate charge-carrier injection, and which operates with a fundamentally different mechanism from traditional devices. The FSP-OFET not only significantly lowers the working voltage and current but also provides extraordinary neuromorphic light-perception capabilities. Consequently, the FSP-OFET successfully emulates visual nervous responses to external light stimuli with ultralow energy consumption of 0.07-34 fJ per spike in short-term plasticity and 0.41-19.87 fJ per spike in long-term plasticity, both approaching the energy efficiency of biological synapses (1-100 fJ). Moreover, an artificial optic-neural network made from an 8 × 8 FSP-OFET array on a flexible substrate shows excellent image recognition and reinforcement abilities at a low energy cost. The designed FSP-OFET offers an opportunity to realize photonic neuromorphic functionality with extremely low energy consumption dissipation.
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