近日，西安电子科技大学郝跃院士团队常晶晶教授、高香香博士在氧化镓光电子器件神经形态计算方面取得新进展，研究成果以“Recent Breakthroughs in Gallium Oxide-Based Optoelectronic Devices for Neuromorphic Computing”为题，已被材料科学领域顶级期刊《Advanced Functional Materials》( IF 19 )接收。西安电子科技大学为论文唯一作者单位，信息交叉学部高香香博士，集成电路学部博士生章宏为论文共同第一作者，常晶晶教授、高香香博士为论文通讯作者。

在人工智能与物联网技术驱动下，传统冯·诺依曼架构的“内存墙”与“功耗墙”问题日益凸显。神经形态计算因其模拟人脑存内计算特性及低功耗优势，已成为关键突破方向，而突触器件是其核心组件。氧化镓（Ga₂O₃）作为一种宽禁带半导体，具备出色的热稳定性、化学惰性和抗辐射性。此外，其丰富的缺陷态（如氧空位）可通过光和电刺激进行动态调控，使基于氧化镓的器件能够表现出类似突触的行为，因此成为模拟生物突触的理想材料。传统神经形态计算中，可见光波段工作的光电突触器件易受环境光干扰，而Ga₂O₃的紫外响应特性可实现“日盲型”突触模拟，即使在自然光条件下也能精准检测光生电荷信号（如PPC信号）。Ga₂O₃的紫外光响应特性使其成为光电多模突触模拟的理想候选。通过调控光生载流子，可实现“光-电”双模态突触权重更新。相较于仅支持单模电脉冲调制的传统氧化物半导体（如HfO_x、TaOx），Ga₂O₃的多模态能力更贴近生物突触的时空整合特性。此外，在神经网络高频刺激场景下，传统半导体常因电迁移失效，而Ga₂O₃的高击穿场强（8MV/cm）可支持超过10⁹次突触权重更新循环，直接解决了神经形态器件的可靠性瓶颈。

本研究系统梳理了Ga₂O₃基突触器件在神经形态计算领域的研究进展。首先概述了生物突触的行为特征，并系统阐释了基于Ga₂O₃的忆阻器、晶体管及光电探测器的工作机制与突触可塑性。最后归纳了Ga₂O₃光电子器件在神经形态计算中的多样且具有前景的应用方向，涵盖安全与生物识别、图像预处理、图像识别及图像分类等多个领域，为下一代神经形态芯片构建了从材料到器件再到系统的全架构方案。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.75385