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第一作者：廖付友
通訊作者：柴揚(yáng)，Jong-Hyun Ahn
通訊單位：香港理工大學(xué)深圳研究院、香港理工大學(xué)、韓國延世大學(xué)

研究內(nèi)容

1. 利用雙層二硫化鉬光電晶體管，成功的模擬了人眼視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)和視覺適應(yīng)的功能，且具有較大的感知范圍 (199 dB)。

2. 器件的暗電流會(huì)隨著控制柵壓的改變而發(fā)展改變，利用這一特性，可以實(shí)現(xiàn)生物感知領(lǐng)域著名的韋伯定律(Weber’s law)。

3. 根據(jù)外界光照條件，給器件施加特定的柵壓，可以調(diào)節(jié)器件的光靈敏度。

4. 二硫化鉬表面的陷阱態(tài)在柵壓的控制下可以俘獲或者釋放電荷，從而實(shí)現(xiàn)電流隨時(shí)間的增強(qiáng)或者降低，這模擬了生物細(xì)胞里面的激勵(lì)和抑制現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了亮適應(yīng)和暗適應(yīng)的功能。

5. 利用視覺傳感器陣列，在不同的背景光條件，通過給陣列施加不同的柵壓，無論是在弱背景光還是強(qiáng)背景光條件下，都可以實(shí)現(xiàn)圖像對(duì)比度的增加。

6. 通過計(jì)算機(jī)仿真的方法，連接仿生視覺適應(yīng)傳感器陣列和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建一個(gè)機(jī)器視覺系統(tǒng)，證明了該仿生視覺適應(yīng)傳感器可以有效的提高圖像識(shí)別效率。

圖1 視網(wǎng)膜的視覺適應(yīng)特性。a.人眼視覺系統(tǒng)，視網(wǎng)膜通過水平細(xì)胞和光接收細(xì)胞（視桿和視錐細(xì)胞）的共同作用可以適應(yīng)不同的光照條件。b.韋伯定律：視覺閾值和背景光強(qiáng)度成正比。視網(wǎng)膜的暗適應(yīng)c和亮適應(yīng)d

圖2 MoS2光電晶體管的光強(qiáng)依賴性特性。a.MoS2光電晶體管三維結(jié)構(gòu)示意圖。插圖：單個(gè)器件的顯微鏡圖片。b.器件在不同光照條件下的轉(zhuǎn)移特性曲線圖(660 nm)。c.器件的光電流在不同柵壓下隨光照強(qiáng)度的變化關(guān)系。d.器件的光靈敏度在不同柵壓下隨光照強(qiáng)度的變化關(guān)系。e.在光靈敏度為1時(shí)，柵壓和光照強(qiáng)度的關(guān)系。f.在光靈敏度為1時(shí)，閾值電流和光照強(qiáng)度的關(guān)系

圖3 MoS2光電晶體管的時(shí)間依賴性特性。a.器件電流在光強(qiáng)為60 mW cm-2條件下，固定柵壓為-2 V時(shí)，隨時(shí)間的變化關(guān)系。b.器件電流在光強(qiáng)為60 mW cm-2條件下，固定柵壓為+4 V時(shí)，隨時(shí)間的變化關(guān)系。c.電流改變比例(CCR) 隨柵壓的關(guān)系曲線。d.MoS2光電晶體管在不同柵壓的下的能帶結(jié)構(gòu)圖。e.器件在不同光照條件下施加不同柵壓時(shí)，電流隨時(shí)間的變化曲線

    圖4. MoS2光電晶體管陣列的暗適應(yīng)和亮適應(yīng)。a.用于暗適應(yīng)測試的示意圖，在暗背景光條件下 8 × 8 像素陣列識(shí)別一個(gè)低亮度的數(shù)字'8'圖案。b.用于明亮適應(yīng)測試的示意圖，在強(qiáng)背景光條件下 8 × 8 像素陣列識(shí)別一個(gè)高亮度的數(shù)字'8'圖案。暗適應(yīng) (c) 和亮適應(yīng) (d) 的時(shí)間過程。e.用于視覺適應(yīng)的光電晶體管陣列和用于圖像識(shí)別的 ANN 組成的一個(gè)機(jī)器視覺系統(tǒng)。f.上圖：MNIST 圖像“8”的暗適應(yīng)模擬結(jié)果。下圖：識(shí)別率隨暗適應(yīng)時(shí)間的關(guān)系。g.上圖：MNIST 圖像“8”的亮適應(yīng)模擬結(jié)果。下圖：亮適應(yīng)的識(shí)別率隨時(shí)間的關(guān)系

（來源: https://www.nature.com/articles/s41928-022-00713-1）

       廖付友博士2020年加入香港理工大學(xué)深圳研究院開展博士后科研工作，曾獲國家獎(jiǎng)學(xué)金2次，參加學(xué)術(shù)競賽獲得國家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)2次，省級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)3次。目前已在Nature communications、Small、ACS Applied Electronic Materials 等國際知名期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇。博后期間獲得中國博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目資助、2021年第四屆光電材料與器件發(fā)展研討會(huì)“科學(xué)探索獎(jiǎng)”。
      工作之余，廖博士將艱苦的博后科研生活改編成妙趣橫生的段子，在深圳某開放麥俱樂部分享表演，成為那里受歡迎的脫口秀演員。平時(shí)風(fēng)趣幽默的說話方式也給課題組的日常生活帶了很多樂趣。對(duì)于未來的職業(yè)發(fā)展，廖博士表示，出站后將會(huì)加入華為，繼續(xù)從事半導(dǎo)體器件與工藝方面的研發(fā)工作，希望自己這些年的研究經(jīng)驗(yàn)可以繼續(xù)在工業(yè)界發(fā)光發(fā)熱。