近日，《Advanced Materials》以“HZO/HSO Superlattice ReFET Array Integrating Optical Sensing for Neuromorphic Vision Computing”为题，报道了我院许小红教授团队与新加坡国立大学陈景升团队的最新研究成果。神经形态视觉系统需要能够集成传感、存储和计算功能，并具备高精度和稳定性的突触器件。传统忆阻器面临着诸多限制，如需要电铸（forming）过程、多级状态少、耐久性低以及集成密度差。而铁电晶体管和闪存晶体管则在耐久性、数据保持性和开关比之间存在权衡，并且通常缺乏内在的光子敏感性，这限制了它们在传感器内计算的应用。

本文展示了一种光子电阻栅场效应晶体管（ReFET）阵列，它在单个器件中集成了光学传感、无需电铸的多级存储和模拟计算功能。该ReFET采用Hf₀.₅Zr₀.₅O₂/Hf₀.₉₅Sr₀.₀₅O₂ (HZO/HSO)超晶格作为栅极，并使用非晶InGaZnO (IGZO)作为沟道。在一个20×20的阵列中，该器件实现了272个稳定电导态（超过8比特精度），开关比高于10⁶，耐久性超过10¹⁰次循环，数据保持时间超过10⁶秒。该阵列可作为一个传感器内光学卷积层，利用8比特量化的权重在Fashion-MNIST数据集上执行乘积累加（MAC）运算，准确率达到94.45%，同时具有很高的能效。这一平台为可扩展、高精度、高能效的光子神经形态计算提供了可能，将传感、存储和计算集成在单一架构中。

图1. 基于HZO–HSO超晶格的电阻栅场效应晶体管（ReFET）阵列