安徽大学材料科学与工程学院何刚教授团队在神经突触和光电晶体管研究方面取得系列进展，先后在材料和微电子权威期刊发表系列论文，安徽大学均为第一单位。

在神经器件研究方面，何刚教授团队与王守国教授团队联合，采用了一种简单、廉价的电纺工艺制备了高度有序的In2O3@ZnO同轴纳米线阵列并成功构筑场效应器件。得益于环形异质界面二维电子气导致的高效电子传输特性，器件实现了高效光电探测和神经突触功能。研究成果以“Electrospun Coaxial Nanowire-Based FETs with Annular Heterogeneous Interface Gain for Intelligent Functional Electronics”发表于材料学科权威期刊《Advanced Functional Materials》 (DOI: 10.1002/adfm.202316375；第一作者为博士生何波）。在光电晶体管构筑和应用方面，团队与合肥工业大学罗林保教授合作，基于金属氧化物异质结结构，实现了具有突触可塑性的人工突触光电晶体管，展示了一种集成中枢神经和视神经功能的人工突触，成功模拟人类视觉系统中的画面记忆行为和条件反射学习行为, 显示了在生物视觉信息感知、联想记忆学习和数字信号处理方面的应用潜力。研究成果以“High-Performance IGZO/In2O3 NW/IGZO Phototransistor with Heterojunctions Architecture for Image Processing and Neuromorphic Computing”发表于《Journal of Materials Science & Technology》(DOI: 10.1016/j.jmst.2024.02.007；第一作者为付灿博士）。团队基于非晶氧化铟镓锌（a-IGZO）在室温下构筑了双电子层突触晶体管，实现了包含历史频率依赖可塑性和滑动频率阈值特征的BCM学习规则，为具有复杂学习规则的神经形态应用提供了一种有效的方法。研究成果以“Implement of BCM Learning Based on Room Temperature Derived a-IGZO Synaptic Transistors”发表于《IEEE Transactions on Electron Devices》 （DOI: 10.1109/TED.2023.3324903；第一作者为硕士生朱敏敏）。

鉴于当前低维纳米纤维构筑晶体管的单层纤维架构局限性，团队利用电纺工艺构筑异质结型的双沟道纳米纤维晶体管, 基于二维电子气，实现对器件传输特性的有效调控；基于原子层沉积技术和二维材料MXene嵌入策略，实现了低压驱动的铟基薄膜晶体管低温制备和“非门”运算规则的逻辑电路。相关研究成果分别以“High-performance Aligned Nanowire-Based Field-Effect-Transistors for Integrated Electronics”、“Improved Electrical Performance of In2O3-Based Thin Film Transistors via MXene Intercalation and Application Exploration in Logic Inverters”和“Electrospinning-Driven Dual-Channel-Based Field Effect Transistors by Heterojunction Architecture”和发表于《IEEE Transactions on Electron Devices》（DOI: 10.1109/TED.2023.3338185; DOI: 10.1109/TED.2023.3346351；DOI:10.1109/TED.2024.3375289; 第一作者分别为博士生何波、王雷妮和硕士生胡庆庆）。

图1：基于 In2O3@ZnO 同轴纳米线阵列场效应晶体管的类突触功能应用模拟

图2：三端人工突触光电晶体管IGZO/In2O3 NW/IGZO的突触行为