고선형 광학 멤리스터 기반 뉴로모픽 시각 시스템

시냅스 가중치를 전광학적으로 제어하는 방식은 저전력 대규모 병렬 뉴로모픽 하드웨어 구현에 유망합니다. 그러나 기존 광전자 멤리스터는 전기적 보조가 필요하거나 비선형적이고 비대칭적인 컨덕턴스 업데이트를 보여 에너지 효율성과 확장성에 한계가 있었습니다. 본 연구에서는 PbS/PEDOT:PSS/VOx 이종접합 기반의 스펙트럼 분할 전광학 멤리스터를 개발했습니다. 이 소자는 근적외선과 가시광선을 각각 결함 상태 채움 및 고갈 경로에 결합시킵니다. 근적외선은 PbS 양자점을 선택적으로 여기시켜 PEDOT:PSS로 조절된 계면을 통해 VOX의 산소 공공 관련 결함 상태로 전자를 점진적으로 전달하며 컨덕턴스 증강을 유도합니다. 반면, 가시광선은 VOX를 활성화하고 계면의 정공 보조 재결합을 촉진하여 결함 상태 전자의 가역적 고갈과 컨덕턴스 감소를 유발합니다. 이러한 파장 선택적 전하 이동 과정은 0.9994의 선형성과 효과적인 8비트 컨덕턴스 해상도를 달성하는 매우 선형적이고 대칭적인 전광학적 가중치 업데이트를 가능하게 합니다. 광학적으로 유도된 시냅스 이벤트당 전기 에너지 소비는 초저 프로빙 바이어스에서 0.63 fJ에 불과합니다. 이 소자를 32x32 전광학 프로그래밍 어레이에 통합하여 BloodMNIST 미세 혈액 세포 이미지 분류에서 96.5%의 정확도와 강력한 노이즈 내성을 시연했습니다. 이 결과는 고선형성, 저전력, 스펙트럼 프로그래밍 가능한 뉴로모픽 하드웨어 개발을 위한 실현 가능한 전략을 제시합니다.