High-performance Synaptic Phototransistor Using a Photoactive Self-assembled Layer toward Ultralow Energy Consumption
利用共軛自組裝分子實現超低能耗之突觸型電晶體
Ya-Shuan Wu, Ai-Chun Chang, Wei-Cheng Chen, Ender Ercan, Yi-Hsun Weng, Bi-Hsuan Lin, Cheng-Liang Liu, Yan-Cheng Lin*, and Wen-Chang Chen*
2024/04/24
近年來由於深度學習及圖像辨識的發展，具有光響應能力的人工突觸引起極大的關注。然而傳統的高分子駐極體因具有較大的厚度而導致元件的能耗較高，因此我們設計一系列的矽烷共軛自組裝分子作為突觸元件之電荷儲存層，其共軛結構包含異靛藍(IID)、二酮吡咯並吡咯(DPP)及苯并二噻吩(BDT)，並與傳統矽烷自組裝單層(ODTS)比較，嘗試以共軛自組裝結構達成元件微型化之目標。透過時間解析螢光光譜(TRPL)及瞬態吸收光譜技術，我們發現將共軛環引入長碳鏈矽烷中可將激子存活時間縮短，此行為不僅表明儲存層與傳輸層(DNTT)之電荷轉移效率的提升，同時因為共軛結構的設計提供多色光操作的可行性。透過共軛自組裝分子對突觸型電晶體元件進行表面修飾，此元件不僅表現出優秀之短期/長期記憶轉變行為，更展現了成對刺激加成(PPF)的特性，此行為與暫態光物理參數密切相關，因此IID元件具有較高之光響應，其對應藍光及綠光之PPF分別為139%及144%，且在工作電壓為−0.1 mV時展現−0.029 fJ之超低能耗。最後將突觸元件應用於監督/非監督式學習之圖像分類模擬，達到了近100%之辨識率。這項研究證明透過分子結構設計，共軛自組裝分子能夠透過降低膜厚有效降低人工突觸之能耗並實現元件微型化之目標，對於元件發展有重要的影響。
研究動態
