作为神经形态计算系统的基本组成单元, 人工突触器件在高性能并行计算、人工智能和自适应学习方面具有巨大的应用潜力。其中, 电解质栅突触晶体管(Electrolyte-gated synaptic transistors, EGSTs)以其沟道电导的可控性成为下一代神经形态器件被广泛研究的对象, 并用来模拟神经突触功能。EGSTs因双电层的快速自放电效应, 导致其存在长程塑性持续时间较短和沟道电导不易调控等问题。本研究采用水诱导的In₂O₃薄膜作为沟道材料, 以壳聚糖作为栅电解质材料, 制备了基于In₂O₃的EGSTs, 并对器件沟道层进行了氧等离子体处理。研究发现, 利用氧等离子体中的活性氧自由基在沟道层表面产生陷阱态, 使更多氢离子在电解质/沟道界面处被俘获, 器件性能表现为回滞窗口增大, 对EGSTs器件的长程塑性实现调控。基于双电层的静电耦合效应和电化学掺杂效应, 本研究利用EGSTs器件模拟了神经突触的兴奋性突触后电流(EPSC)、双脉冲易化(PPF)、短程塑性(STP)和长程塑性(LTP)等突触行为。同时, 基于该器件的EGSTs增强/抑制特性, 采用三层人工神经网络进行手写数字识别, 经过仿真训练后, 发现该器件可训练出较高的识别率(94.7%)。这些研究结果揭示: 表面等离子体处理是影响器件性能的一项关键技术, 并证明了该技术对调节EGSTs神经形态器件的突触功能具有较大的应用潜力。

通过光刻工艺和热熔法，制备了形貌均匀、尺寸可控的微透镜阵列，通过反应离子刻蚀技术制备用于改善光提取性能的纳米光栅结构，成功制备出高效光提取的微透镜/纳米光栅组合的微纳复合结构。研究了等离子体处理对纳米光栅形貌的影响规律、纳米光栅的形成机理以及微透镜/纳米光栅微纳复合结构光提取性能。实验结果表明，通过改变等离子体处理工艺条件，可实现纳米光栅周期与深度的调控，从而得到不同尺寸的微透镜/纳米光栅复合结构。当微透镜高度约为19.6 μm，纳米光栅尺寸约为周期600±50 nm、深度20±5 nm时，微透镜/纳米光栅微纳复合结构可以在不改变绿光有机电致发光二极管器件电学特性的前提下，有效提高有机电致发光二极管器件的外量子效率，比单纯的有机电致发光二极管器件提高33%。

本文采用溶胶-凝胶法制备了SiO₂增透膜，然后对其进行等离子体结合六甲基二硅胺烷（HMDS）表面改性处理。研究了后处理改性对增透膜表面形貌、微观结构、光学性能及激光损伤性能的影响规律，获得了抗真空有机污染的二氧化硅增透膜。结果表明，增透膜在采用等离子体结合HMDS表面改性处理后，膜层收缩、粗糙度下降、极性羟基等有机基团含量减少；两步后处理改善了增透膜膜层结构和光学性能，显著提高了膜层疏水能力和真空条件下的抗污染性能，并且对溶胶-凝胶二氧化硅增透膜的高损伤阈值属性不产生影响。