半導體所在柔性人工視覺感知和存儲系統研究中獲進展

近日， 中國科學院半導體研究所半導體超晶格國家重點實驗室研究員沈國震帶領的研究團隊， 與北京科技大學數理學院教授陳娣合作， 在柔性人工視覺感知和存儲系統領域中取得新進展。

人體的視覺系統能夠感知外界的光線資訊， 並能將感知到的資訊存儲在大腦的神經系統中。 近年來， 科研工作者通過圖像感測器陣列的研究， 已在類比人體的視覺感知功能方面取得進展。 然而， 儘管當前的圖像感測器實現了對一些簡單圖形的識別能力， 但當外界光線消失時， 感知到的圖形資訊也隨即消失，

無法實現對感知資訊的存儲功能。 為了彌補這一缺陷， 實現對人體視覺系統的仿生類比， 將圖像感測器件與憶阻器件進行合理的集成將是一種有效途徑。

為實現集成電子器件對於光線資訊的探測和記憶功能， 研究團隊中的博士生陳帥和助理研究員婁正， 合作開發出一種仿生的柔性人工視覺感知與存儲系統。 該系統集成了一種基於氧化銦半導體微米線陣列的圖像感測器件與一種基於原子層沉積的氧化鋁阻變式憶阻器件。 通過外界紫外光線的激發， 圖像感測器的電阻狀態將從高阻態轉變為低阻態。 當其阻值降低到一定值， 將使串聯的憶阻器件兩端的電壓達到憶阻器的開啟電壓， 進而激發憶阻器從高阻態轉換為低阻態，

這兩種狀態分別對應於邏輯電路中的off（1）和on（0）狀態。 這樣， 當外界的紫外光線消失時， 圖像感測器件將恢復到初始狀態， 但其感知到的光線資訊已經以二進位的形式被存儲在憶阻器中。 此外， 通過擴展器件陣列的圖元密度而組裝的10×10視覺存儲陣列器件， 能夠實現對於外界圖像式光線分佈的感知與存儲功能。 該人工系統展現出長期的資訊記憶功能， 能夠穩定記憶長達一周以上。 通過在憶阻器兩端施加一負向電壓， 可擦除掉已存儲的光線分佈資訊， 並再次存儲其他圖像的光線分佈資訊， 從而實現集成器件的可重複利用性。 該項工作所設計的柔性的人工視覺系統在未來的可穿戴設備、電子眼、多功能機器人和視覺障礙者的輔助設備等方面具有極大的應用潛力， 並為設計新型的柔性多功能傳感和存儲集成器件如觸覺記憶系統和聽覺記憶系統提供了新思路。

研究工作得到了國家傑出青年科學基金、北京市自然科學基金以及中科院前沿科學重點研究專案等的支持。 相關研究成果發表在Advanced Materials上。