CN109460819B - 一种用于模拟生物体光突触的方法及器件 - Google Patents

一种用于模拟生物体光突触的方法及器件 Download PDF

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Abstract

本发明提出的一种用于模拟生物体光突触的方法及器件，属于仿生突触技术领域。该方法，产生用于模拟生物体中突触前端的动作电位的光信号，利用对该光信号具有响应的半导体光敏材料产生的空穴电子对在电场下进行定向移动，从而改变在突触后端中载流子的浓度，进而增加或减少通过突触后端的电流，以模拟生物突触在光信号刺激下的基本性能。该器件包括衬底、第一电极、第二电极、后突触层、半导体光敏层、前突触层、光源信号输入装置、背栅信号输入装置和源漏信号输入装置。本发明实现了模拟生物突触在光信号刺激下的基本性能，可大大降低由于存在总线而导致的功耗，并使得将光学图像直接转换为突触权重，带入人工神经网络进行图像识别成为了可能。

Description

一种用于模拟生物体光突触的方法及器件
技术领域
本发明属于仿生突触技术领域，特别涉及一种用于模拟生物体光突触的方法及器件。
背景技术
21世纪以来，随着集成电路工艺物理尺寸不断下降，性能也在飞速提升。阿尔法狗的出现，也将人工智能提向了热潮。但是，在阿尔法狗背后巨大的功耗，也让人们注意到了在传统计算机冯洛伊曼结构所存在的问题。进一步地，在对比阿尔法狗和李世石在处理相同围棋问题功耗的时候，人们也发现了人脑在处理信息时低功耗的巨大优势，因此，仿生电子器件也引起了人们广泛的关注。
目前，导致目前高性能计算机功耗巨大的原因是由于计算机系统的冯洛伊曼结构，再加上处理器的极快的处理速度和存储器较慢的响应速度的不匹配，而导致处理器和存储器之间存在着较大的数据传送问题，从而导致功耗的不断提升，人脑的优势，主要在于对于信息极快的反应速度和存储、处理信息一体化的特性，从而展现了极低的功耗。而神经突触是人类大脑学习和记忆的基本组成单元，突触仿生是实现神经形态计算的重要基础。目前主要通过外加电学信号作用在仿生突触器件中，从而模仿在生物体中突触可塑性的相关性能，并实现突触权重的可调。
目前针对上述以电学输入信号作为刺激信号来模仿人脑神经网络的突触器件主要有两类：基于静态存储器实现的突触器件和基于非易失性存储器实现的突触器件。
基于静态存储器(SRAM)实现的突触器件，能够良好的和现有的CMOS工艺兼容，传统的SRAM由6个场效应晶体管组成，利用CMOS反相器实现对于1个位元的存储；
基于非易失性存储器(NVM)实现的突触器件，利用器件内部的离子移动机制，通过改变电阻的形式以完成突触器件权重的改变，来实现突触的基本功能。
突触的基本功能主要包括以下几个方面：
脉冲时间依赖可塑性(STDP)，如果输入脉冲(突触前脉冲)优先于输出脉冲(突触后脉冲)作用在突触上，突触的权重(对于突触器件而言，为电流的增加)会出现一定程度的增强；反之，则出现一定程度的减弱；长/短程增强可塑性(LTP/STP)，是指在长时间脉冲作用下突触权重的增强，从而以电流情况表征；长/短程增强抑制性(LTD/STD)，是指在长时间脉冲作用下突触权重的降低，从而以电流情况表征。
然而，无论对于基于静态存储器实现的突触器件，还是对于基于非易失性存储器实现的突触器件，都仅仅是在电学层面，完成了对于突触基本功能的模仿；在复杂的外界环境中，绝大多数情况都很难直接得到电学输入信号，往往需要对于信息进行进一步处理才能得到电学输入信号，这无疑增加了对于非必要的功耗。虽然已有学者提出了一种部分并行结构，解决了目前主流计算机采用的冯洛伊曼结构中存储器和微处理器(CPU)的总线问题，但输入信号和电信号之间的总线问题仍然存在。特别是在自然环境情况下以光学信号作为输入信号往往处于常态，也是安防领域的正常场景，目前仍至少需要将光学信号转换为电学信号，从而输入到电学神经网络中进行信息的提取和判断，总线的存在所导致的反应时间、功耗等问题仍未得到根本性解决。
因此，如何进一步实现减少外部信号转换为电学信号的处理过程，尤其是如何利用光信号直接转换为突触器件权重的改变，从而实现进一步降低现有的功耗，成为了亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种用于模拟生物体光突触的方法及器件。本发明具有对光脉冲良好的反应特性，并能将光脉冲结合电脉冲完成对于突触增强作用和抑制作用的实现，从而使得将光学图像直接转换为突触权重，带入人工神经网络进行图像识别成为了可能，所制备的光电突触元件，能够广泛应用在人工眼等仿生领域中；且本发明实现了光学输入信号、光突触和神经元之间的全并行连接，从而大幅降低了总线功耗。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提出一种用于模拟生物体光突触的方法，其特征在于，该方法首先产生用于模拟生物体中突触前端的动作电位的光信号，利用对该光信号具有响应的半导体光敏材料产生的空穴电子对在电场下进行定向移动，从而改变在突触后端中载流子的浓度，进而增加或减少通过突触后端的电流，以模拟生物突触在光信号刺激下的基本性能。
本发明还提出一种基于上述方法的用于模拟生物体光突触的器件，其特征在于，该器件包括衬底、第一电极、第二电极、后突触层、半导体光敏层、前突触层、光源信号输入装置、背栅信号输入装置和源漏信号输入装置；所述衬底、后突触层、半导体光敏层和前突触层由下至上依次层叠；所述第一电极和第二电极分布于衬底的两端，第一电极分别与所述衬底和后突触层相接触，且第一电极与所述半导体光敏层和前突触层均保持独立；所述第二电极分别与所述衬底、后突触层和前突触层相接触；
所述背栅信号输入装置，其正极端和负极端分别与所述衬底和第一电极电连接，用于产生背栅信号对所述衬底施加衬底偏置以完成对所述后突触层中载流子类型和浓度的控制；所述源漏信号输入装置，其正极端和负极端分别与所述第二电极和第一电极电连接；通过所述背栅信号输入装置和源漏信号输入装置在所述第一电极、第二电极间产生电势差进而在所述前突触层、半导体光敏层和后突触层之间形成垂直方向的电场；
所述光源信号输入装置位于所述前突触层上方，用于产生光信号使所述半导体光敏层产生光生载流子对，以改变流过所述后突触层的电流。
进一步地，所述后突触层选用具有双极输运特性的半导体材料制成，包括单层石墨烯、少层石墨烯和黑磷。
进一步地，所述半导体光敏层选用具有光敏性、载流子浓度较低的二维半导体材料制成，包括二维钙钛矿、黑磷和二硒化钨(WSe2)。
进一步地，所述前突触层选用具有透光性和导电性的二维材料制成，包括少层石墨烯、1T相的MoS2和MoTe2、导电玻璃(ITO)和蒸镀的2～5nm金属。
本发明的特点及有益效果如下：
本发明通过衬底电极形成的电场，来改变和第二电极、第一电极相连接的后突触层的导电载流子类型和大小，并通过和第二电极相连的前突触层、后突触层的共同作用产生了极性可变、垂直方向的电场，来调整在光脉冲作用下，二维薄膜光敏层的光生载流子电子空穴对的移动方向，从而改变通过后突触层的电流大小；还可以根据在不同极性下的衬底电极产生的电场方向，结合光脉冲(作为前突触的动作电位)和在第二电极处施加的电脉冲(作为后突触的动作电位)，来完成对于后突触层电流大小的控制。以上都创新的实现了在光信号作为输入信号而不将其转换的情况下，模拟生物突触的基本性能。相较于现有的电突触器件，本发明实现了光学输入信号、光突触和神经元之间的全并行连接，可大大降低由于存在总线而导致的功耗，并使得将光学图像直接转换为突触权重，带入人工神经网络进行图像识别成为了可能。
附图说明
图1为本发明实施例的一种用于模拟生物体光突触的方法及器件的整体结构示意图。
图2为测试本实施例的光突触器件在模拟生物突触峰点时序依赖可塑性(STDP)的性能示意图。
图3为测试本实施例的光突触器件在模拟生物突触长程、短程增强作用(LTP、STP)的性能示意图。
图4为测试本实施例的光突触器件在模拟生物突触长程、短程抑制作用(LTD、STD)的性能示意图。
图5为本实施例与现有技术对于光学信号不同处理方式的示意图；其中(a)为目前主流计算机所涉及的冯洛伊曼结构对光学信号的处理方式，(b)为目前工业界倡导的部分并行结构对光学信号的处理方式，(c)为本发明实施例对光学信号的处理方式。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明的一种用于模拟生物体光突触的方法及器件详细说明如下：
本发明提出的一种用于模拟生物体光突触的方法，该方法产生用于模拟生物体中突触前端的动作电位的光信号，利用对该光信号具有响应的半导体光敏材料产生的空穴电子对在电场下进行定向移动，从而改变在突触后端中载流子的浓度，进而增加或减少通过突触后端的电流，以模拟生物突触在光信号刺激下的基本性能。
本发明还提出一种基于上述方法的光突触器件，其整体结构参见图1，该光突触器件包括衬底101、第一电极102、第二电极103、后突触层104、半导体光敏层105、前突触层106、光源信号输入装置107、背栅信号输入装置108和源漏信号输入装置109。其中，衬底101、后突触层104、半导体光敏层105和前突触层106由下至上依次层叠，光源信号输入装置107位于前突触层106上方；第一电极102和第二电极103分布于衬底101的两端，第一电极102分别与衬底101和后突触层104相接触，且第一电极102与半导体光敏层105和前突触层106均保持独立，第一电极还分别与背栅信号输入装置108和源漏信号输入装置109的负极端电连接，背栅信号输入装置108的正极端与衬底101电连接；第二电极103分别与衬底101、后突触层104和前突触层106相接触，且第二电极103接入源漏信号输入装置109的正极端；背栅信号输入装置108产生的背栅信号对衬底101施加衬底偏置以完成对后突触层104中载流子类型和浓度的控制，背栅信号输入装置108和源漏信号输入装置109用于在第一电极102、第二电极103间产生电势差进而在前突触层106、半导体光敏层105和后突触层104之间形成垂直方向的电场，光源信号输入装置107产生的光信号使半导体光敏层105产生光生载流子对从而改变流过后突触层104的电流。
本实施例的光突触器件以光源信号输入装置107产生的光脉冲信号模拟生物体中突触前的动作电位，以源漏信号输入装置109产生的第二电极103、第一电极102的电势差信号模拟生物体中突触后动作电位，以通过后突触层的电流模拟生物体中突触后电流，进行的模拟生物突触峰点时序依赖可塑性(STDP)以及模拟生物突触长程、短程增强作用(LTP、STP)，模拟生物突触长程、短程抑制作用(LTD、STD)的性能测量，该光突触器件能较好的实现生物体中突触的基本功能。
本发明实施例中各组成部件的具体实现方式及功能描述如下：
衬底101由依次层叠的导电层111和绝缘层110组成；其中，导电层111选用掺杂半导体、金属、导电胶、金属氧化物或柔性电极中的任意一种，用于绝缘层110、第一电极102、第二电极103、后突触层104、半导体光敏层105及前突触层106的支撑，并提供适合的衬底偏置以完成对于后突触层106中的载流子类型和浓度的控制作用；绝缘层110位于导电层111上表面，并与第一电极102、第二电极103以及后突触层104相连，用作栅介质层并用于隔离信号，以免出现串扰等相关问题；绝缘层可由绝缘材料(绝缘材料包括金属氧化物、具有较低载流子浓度的半导体材料等，电阻为1010-1022欧姆)通过原子层淀积等方式实现。对于本实施例而言，衬底101中，绝缘层110采用300nm厚的SiO2，导电层111采用p型掺杂硅，均为市售产品。
第一电极102为接地电极，该第一电极的底面分别与绝缘层110和后突触层104的顶面一端相接触，第一电极102还分别接入源漏信号输入装置109和背栅信号输入装置108的负极端，且第一电极102不与前突触层106和半导体光敏层105连接；第一电极102用于导电以完成对于突触后电流的测量以表征光突触的性能情况。第二电极103的底面分别与绝缘层110、后突触层104顶面另一端相接触，且第二电极103还分别与前突触层106和源漏信号输入装置109的正极端相连；第二电极103用于导电以完成对于突触后电流的测量以表征光突触的性能情况，并为前突触层106提供电势，以在前突触层106、半导体光敏层105和后突触层104间形成垂直方向的电场。第一电极102、第二电极106均分别选用以下材料中的任意一种制成：掺杂半导体、金属、导电胶、金属氧化物和柔性电极，第一电极102和第二电极106可选择相同材料或不同材料。本实施例中，第一电极和第二电极军采用20nm厚的金(Au)。
后突触层104的两端分别与第一电极102和第二电极103连接，用于导电以完成电流输送；后突触层104的底面和顶面分别与绝缘层101和半导体光敏层105连接，用于导电并在背栅控制下完成电流输送以形成垂直方向电场。后突触层可使用具有双极输运特性的半导体材料(例如：单层或少层(2～30层，总厚度小于10nm)石墨烯、黑磷等)。对于本实施例而言，为单层石墨烯，其具有多种转移方式，制备简便。
半导体光敏层105的底面和顶面分别与后突触层104和前突触层106相接触，用于接收光信号从而改变流过后突触层104的电流。半导体光敏层可以使用具有光敏性、载流子浓度较低的二维半导体材料。所述的二维半导体材料，可以在光信号下产生光生载流子电子空穴对，可以在电场的作用下，完成对于后电学突触层电流的改变。对于本实施例而言，为(PEA)2PbBr4(一种有机-无机杂化二维钙钛矿材料，还可选用(PEA)2PbI4)，其对于可见光脉冲具有较好的响应度，能更好的提升光突触器件性能。可选地，采用黑磷(BlackPhosphorus)或二硒化钨(WSe2)也具有相似效果。
前突触层106，一端与半导体光敏层105，一端与第二电极103连接，用于接收第二电极102的电势从而形成垂直方向的电场。前突触层可以使用具有较高透光性、较好导电性的二维材料，对于本实施例而言，为少层石墨烯，其中单层石墨烯透光率为97.7％，透光性、导电性出色。可选地，1T相的MoS2和MoTe2、导电玻璃(ITO)或者蒸镀的2～5nm金属等也具有相似效果。
光源信号输入装置107，作用在光突触器件上，其发射光脉冲波长范围应在半导体光敏层具有较高响应度的范围内(即其材料禁带宽度所对应最高吸收峰的10％以上)，对于本实施例而言，为520nm的激光源。
源漏信号输入装置109，正极端连接在第二电极103，负极端连接在第一电极102；背栅信号输入装置108，正极端连接在衬底导电层111，负极端连接在第一电极102。以上信号输入装置可采用多种信号输入装置，本实施例采用Agilent公司的B1500A半导体测试分析仪。
参见图2，图2为测试该光突触器件在模拟生物突触峰点时序依赖可塑性(STDP)的性能示意图，将源漏信号输入装置109产生的第二电极103、第一电极102的电势差信号先于光源信号输入装置107产生的光脉冲信号的时间为x轴(即图中横坐标所示)，显然，x轴取正值代表电势差信号先于光脉冲信号(即模拟生物突触中突触后动作电位先于突触前动作电位)，x轴取负值代表光脉冲信号先于电势差信号(即模拟生物突触中突触前动作电位先于突触后动作电位)；将在x轴条件下，通过后突触层的电流相对没有进行上述条件下的电流增加的百分比作为y轴(即图中纵坐标所示)，显然，y轴取正值代表在x轴条件下，电流值有上升(即模拟生物体中突触后电流在x轴条件下上升)，y轴取负值代表在x轴条件下，电流值有下降(即模拟生物体中突触后电流在x轴条件下下降)。由图2可知，实施例的光突触器件在光脉冲信号先于电势差信号的条件下，随着领先时间的不断增长而导致通过后突触层的电流改变量呈指数下降；实施例的光突触器件在电势差信号先于光脉冲信号的条件下，随着领先时间的不断增长而导致通过后突触层的电流改变量呈指数下降。两者的拟合度较高，具有同生物突触一致的STDP性能。
参见图3，图3为测试该光突触器件在模拟生物突触长程、短程增强作用(LTP、STP)的性能示意图，测试条件为：源漏信号输入装置固定在500mV，背栅信号输入装置固定在0V。将时间作为x轴，在前460s中，给予固定宽度为1ms，间隔19s的连续20个光脉冲作用在光突触器件上，发现通过后突触层的电流在光脉冲作用下总体不断提升，在脉冲间隔中逐渐下降向初始电流状态恢复，这模拟了生物突触中短程增强作用(STP)的特性；在460s以后至3000s时，将器件置于无光条件下，发现通过后突触层的电流在无光环境下逐渐恢复至初始电流水平，是一种反指数下降趋势，这模拟了生物突触中长程增强作用(LTP)的特性。
参见图4，图4为测试该光突触器件在模拟生物突触长程、短程抑制作用(LTD、STD)的性能示意图，测试条件为：源漏信号输入装置固定在500mV，背栅信号输入装置固定在-20V。在前380s中，给予固定宽度为1ms，间隔19s的连续19个光脉冲作用在光突触器件上，发现通过后突触层的电流在光脉冲作用下总体不断下降，在脉冲间隔中逐渐增大向初始电流状态恢复，这模拟了生物突触中短程抑制作用(STD)的特性；在380s以后至1000s时，将器件置于暗光条件下，发现通过后突触层的电流在暗光环境下逐渐恢复至初始电流水平，是一种负的反指数上升趋势，这模拟了生物突触中长程抑制作用(LTD)的特性。
图2、图3、图4均说明了该光突触器件能够较好的模拟生物突触的基本功能。
现对本发明的光突触器件的制备流程进行说明，包括以下步骤：
S201：制作衬底，衬底包括导电层和绝缘层；
S202：采用机械剥离或湿法转移并利用掩膜版图形化的方法，将后突触层转移或剥离到衬底上；
S203：采用相应的制作工艺，确定第一电极的位置及面积，同时确定第二电极的位置及面积；
S204：采用机械剥离或湿法转移并利用掩膜版图形化的方法，将半导体光敏层转移或剥离到指定区域；
S205：采用机械剥离或湿法转移并利用掩膜版图形化的方法，将前突触层转移或剥离到指定区域。
本发明的原理：在考虑单层石墨烯为本征情况(不含有任何掺杂的条件下)时且栅极电压为0V情况下，其导带与价带重合于狄拉克点。通过栅极电压调控，可以实现石墨烯中载流子的类型在电子和空穴之间切换且其浓度连续可调：正的背栅电压会使费米能级高于狄拉克点，从而使单层石墨烯空穴导电；负的背栅电压会使费米能级低于狄拉克点，从而使单层石墨烯电子导电，本实施例中的后突触层材料即为上述的单层石墨烯。半导体光敏层，由于其具有较好的对于光信号的吸收能力，加上它本征的半导体材料特性，在光信号的输入条件下，会有大量的光生载流子电子空穴对的出现。前突触层、半导体光敏层、后突触层所构成的垂直结构能够根据第一电极接地时，第二电极极性、大小的不同从而实现不同方向、不同强度的电场：在正的源漏电极信号输入下，电场方向由与第二电极相连的前突触层指向后突触层，垂直向下；在负的源漏电极信号输入下，电场方向由后突触层指向前突触层，垂直向上。在光信号输入时，半导体光敏层中所产生的光生载流子电子空穴对的出现，会根据其内部的电场方向，即前突触层和后突触层间垂直方向上的电场方向，出现不同方向的移动，从而导致后突触层的载流子浓度发生变化，而导致通过后突触层的电流改变。
以光源信号输入装置产生的光脉冲信号模仿生物体中突触前的动作电位，以源漏信号输入装置产生的第二电极、第一电极的电势差作为突触后动作电位，进行此光突触器件的性能测量。
本发明摆脱了目前现有的人工突触器件仅能在电学输入信号作用下获得模拟生物突触性能的缺陷，模拟了视网膜中神经突触对于光脉冲作为输入信号来完成突触间权重的更新，能大大减少目前光脉冲作为输入信号时，需要将其转化为电信号，在进行进一步处理的步骤，由此也可进一步解决存储墙问题，功耗较大的问题。本发明通过衬底电极形成的电场，来改变和第二电极、第一电极相连接的后突触层的导电载流子类型和大小，并通过和第二电极相连的前突触层、后突触层的共同作用产生了极性可变、垂直方向的电场，来调整在光脉冲作用下，半导体光敏层的光生载流子电子空穴对的移动方向，从而改变通过后突触层的电流大小；还可以根据在不同极性下的衬底电极产生的电场方向，结合光脉冲(作为前突触的动作电位)和在第二电极处施加的电脉冲(作为后突触的动作电位)，来完成对于后突触层电流大小的控制。以上都创新的实现了在光信号作为输入信号而不将其转换的情况下，模拟生物突触的基本性能，从而大大降低了功耗。本发明的核心材料为在背栅信号控制下，具有双极输运特性的材料和对于光具有较好吸收特性、载流子浓度较低并能产生光生载流子电子空穴对的半导体光敏层，属于全新的结构体系。本发明的核心原理在于通过光脉冲产生的光生载流子的可调方向的移动从而改变后突触层的电流大小，是对于光信号全新的利用方式，从而完成由光信号直接反馈到电学突触性能的变化。本发明具有良好的工艺兼容性。由于具有双极输运特性的材料很多、具有良好光敏性的二维半导体薄膜材料很多，制备简便，成本低，避免了传统复杂、成本高昂的掺杂过程。这种后突触层、半导体光敏层、前突触层的结构，在类脑形态计算中具有重要应用价值。所制备的光电突触器件，能够准确针对光学图像进行其突触权重的改变，在阵列中能结合人工神经网络进行光学图像的识别，大大减少了总线数并降低了功耗，能够广泛应用在安防识别领域和图像识别领域，也能够广泛应用在人工眼等仿生领域中。
参见图5，为本实施例与现有技术对于光学信号不同处理方式的示意图。其中，(a)为目前主流计算机对光学信号(即图中所示光学图像)的处理方式，目前主流计算机仍为冯洛伊曼结构，当对其输入光学信号时，由于存在着光学信号到电学信号的总线、存储器到CPUC的总线问题，导致目前计算机对于复杂信息的反应速度较慢，功耗较大；(b)为针对图(a)所示问题，工业界所倡导的解决方式，即模仿人类对于信息的处理方式，采用一种部分并行结构，去除存储器和CPU之间的总线问题，但对于以光学信号作为输入信号的情况，仍然存在着光学信号到电学信号的总线功耗问题；(c)为本实施例对于光学信号的方处理方式，可以直接利用，无需将其转换为电信号，故实现了突触、神经元与光学输入信号之间的全并行连接，功耗叫前两者均大幅度降低。

Claims (8)

1.一种用于模拟生物体光突触的器件，其特征在于，该器件包括衬底、第一电极、第二电极、后突触层、半导体光敏层、前突触层、光源信号输入装置、背栅信号输入装置和源漏信号输入装置；所述衬底、后突触层、半导体光敏层和前突触层由下至上依次层叠；所述第一电极和第二电极分布于衬底的两端，第一电极分别与所述衬底和后突触层相接触，且第一电极与所述半导体光敏层和前突触层均保持独立；所述第二电极分别与所述衬底、后突触层和前突触层相接触；
所述背栅信号输入装置，其正极端和负极端分别与所述衬底和第一电极电连接，用于产生背栅信号对所述衬底施加衬底偏置以完成对所述后突触层中载流子类型和浓度的控制；所述源漏信号输入装置，其正极端和负极端分别与所述第二电极和第一电极电连接；通过所述背栅信号输入装置和源漏信号输入装置在所述第一电极、第二电极间产生电势差进而在所述前突触层、半导体光敏层和后突触层之间形成垂直方向的电场；
所述光源信号输入装置位于所述前突触层上方，用于产生光信号使所述半导体光敏层产生光生载流子对，以改变流过所述后突触层的电流。
2.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述衬底由依次层叠的导电层和绝缘层组成；其中，所述导电层选用掺杂半导体、金属、导电胶、金属氧化物或柔性电极中的任意一种制成；所述绝缘层由绝缘材料制成。
3.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述第一电极、第二电极分别选用以下任意一种材料制成：掺杂半导体、金属、导电胶、金属氧化物和柔性电极。
4.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述后突触层选用具有双极输运特性的半导体材料制成，包括单层石墨烯、少层石墨烯和黑磷。
5.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述半导体光敏层选用具有光敏性、载流子浓度较低的二维半导体材料制成，包括二维钙钛矿、黑磷和二硒化钨(WSe2)。
6.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述前突触层选用具有透光性和导电性的二维材料制成，包括少层石墨烯、1T相的MoS2和MoTe2、导电玻璃(ITO)和蒸镀的2～5nm金属。
7.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述光源信号输入装置，其发射的光脉冲波长范围在使得所述半导体光敏层具有较高响应度的范围内。
8.一种用于模拟生物体光突触的方法，其特征在于，所述方法采用根据权利要求1～7中任一项所述的用于模拟生物体光突触的器件实现，所述方法首先产生用于模拟生物体中突触前端的动作电位的光信号，利用对该光信号具有响应的半导体光敏材料产生的空穴电子对在电场下进行定向移动，从而改变在突触后端中载流子的浓度，进而增加或减少通过突触后端的电流，以模拟生物突触在光信号刺激下的基本性能。
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