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光电突触器件是一种模拟人脑神经突触的新型器件，可以模拟人眼对光的感知、处理和记忆，从而实现图像锐化、物体识别、颜色量化等多种功能。这类器件能避开传统硬件发展所面临的冯诺依曼瓶颈，受到了人们的广泛关注。近年来，航空、能源、军工等领域的快速发展对器件的工作温度提出了越来越高的要求。然而绝大多数基于传统硅材料、钙钛矿、有机半导体、量子点材料的半导体器件都无法在高温下使用。因此，开发可以工作于高温条件下的光电突触器件是一个重要的研究课题。本文利用耐高温的4H-SiC作为器件的活性材料，通过电子辐照在4H-SiC中引入了高浓度点缺陷来延长其光生载流子寿命，从而赋予了器件与生物突触相似的电学特性。该器件可以在高达600 K的温度下工作，并对405 nm的光表现出明显的响应。(1) 通过电子辐照赋予了4H-SiC突触特性，从而制备了基于4H-SiC的光电突触器件，拓宽了4H-SiC的应用范围。 (2) 制备的光电突触器件的工作温度达到了600 K。![]()
Fig. 1 (a) 器件的结构示意图 (b) 器件在405 nm光的刺激下的光电流和暗电流随温度的变化情况
实验展示了该基于4H-SiC的光电突触器件在300 K、480 K、600 K下的双脉冲易化（PPF）、脉冲-频率依赖可塑性（SRDP）、脉冲-数量依赖可塑性（SNDP）等生物突触的典型行为。此外，还构建了3*3的器件阵列，实现了图像记忆功能；构建了自组织竞争神经网络（SOM）实现了颜色量化的功能。如图所示，将一个字母‘X’的图样输入给器件阵列，器件阵列可以在长达500 s的时间内对这一图像信息进行记忆。记忆的效果随着学习（光照）次数的增加而增加，随着时间的延长而降低。并且温度提高，学习和记忆的效率也随之提高。颜色量化的结果则表明器件在高温下的处理能力并不逊色于常温。该阵列可以将一张输入的彩色图片的颜色空间从约16,000,000压缩至24，而基本保持图像质量。更低的颜色空间维度（6或12）将导致图片细节的丢失。![]()
(a)(b)图像记忆 (c)SOM结构示意图 (d)颜色量化误差随着竞争节点数（颜色空间维度）的变化 (d)颜色量化的可视化结果
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