【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)在線刊發(fā)了集成電路學(xué)院程曉敏、繆向水教授團(tuán)隊在用于多尺度儲池計算的可編程光傳感器方面的最新研究成果“用于多尺度儲層計算的具有柵極可調(diào)肖特基勢壘的可編程光傳感器(Programmable Photosensor with a Gate-Tunable Schottky Barrier for Multiscale Reservoir Computing)”。學(xué)院程曉敏教授為通訊作者，課題組學(xué)生李凱為第一作者，華中科技大學(xué)集成電路學(xué)院與武漢國家光電研究中心為論文第一完成單位。
在機(jī)器視覺應(yīng)用中，實(shí)時感知和處理運(yùn)動信息至關(guān)重要。儲池計算能夠高效處理時空信號，但傳統(tǒng)光傳感器基于歐姆接觸，難以調(diào)節(jié)光電流和弛豫時間，導(dǎo)致識別精度受限，其固定的時空尺度瓶頸限制了儲池計算在動態(tài)場景中的應(yīng)用，研究團(tuán)隊通過新材料和器件設(shè)計，解決了這一挑戰(zhàn)。
該研究創(chuàng)新性地提出了一種基于硅碲化合物(SiTe)的平面肖特基勢壘光傳感器，通過引入Pt、W非對稱電極和背柵結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了光電流和弛豫時間的柵電壓可控。材料表征顯示，SiTe薄膜具有1.51 eV的帶隙和豐富的陷阱態(tài)結(jié)構(gòu)，為光響應(yīng)提供了基礎(chǔ)。器件在光照下表現(xiàn)出典型的光伏效應(yīng)，通過改變柵壓(-10 V到10 V)可實(shí)現(xiàn)對器件光電流的動態(tài)調(diào)節(jié)，弛豫時間可在5–67 ms范圍內(nèi)變化。
柵調(diào)控機(jī)制源于柵壓對肖特基勢壘高度和陷阱態(tài)填充水平的調(diào)節(jié)：當(dāng)柵壓為負(fù)時，勢壘降低，光電流增大；柵壓為正時，勢壘升高，光電流減小。同時，弛豫時間隨陷阱能級的填充水平動態(tài)變化，使器件具備多尺度時空動態(tài)特性，這種可編程響應(yīng)為儲池計算提供了靈活的編碼能力。
研究進(jìn)一步構(gòu)建了多尺度光電儲池計算系統(tǒng)，用于汽車運(yùn)動模式識別。通過調(diào)節(jié)柵壓模擬不同弛豫時間，儲池計算系統(tǒng)在混合時空尺度下提取特征，識別準(zhǔn)確率達(dá)到90%，優(yōu)于單尺度系統(tǒng)。在噪聲環(huán)境下，多尺度系統(tǒng)仍保持85%以上的準(zhǔn)確率，顯示出強(qiáng)魯棒性。
該工作通過肖特基勢壘調(diào)控工程，實(shí)現(xiàn)了光傳感器時空動力學(xué)的同步調(diào)制，為實(shí)時動態(tài)視覺處理提供了高效解決方案。未來可通過優(yōu)化材料和器件結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步拓展儲池計算在邊緣計算中的應(yīng)用。
研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金的資助。
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