在冯·诺依曼架构陷入瓶颈的时代背景下, 受生物神经启发而演化的人工突触器件获得了广泛关注, 加速了人们迈向人工智能时代的脚步。本文通过在P型有机薄膜晶体管(OTFT)绝缘层SiO2表面进行等离子处理, 探究了界面处理引入羟基对OTFT突触性能的影响。具体对绝缘层不同等离子处理时长的OTFT进行了突触行为的模拟和对比, 包括兴奋性后突触后电流(EPSC)、双脉冲易化(PPF)、长程可塑性(LTP)等。突触特性的产生是由于等离子处理给半导体层/绝缘层界面引入的羟基对电子进行了捕获。而随着等离子处理时间的增加, 绝缘层表面更多的羟基使得OTFT表现出更强的记忆和保持能力、更高的线性度, 更有利于其在类脑学习、神经计算等方面的应用。

由于依靠不断缩小存储单元尺寸来提升单位面积存储能力的传统方法将会面临着器件尺寸的物理极限等瓶颈, 人们逐渐将目光投向了能够在单一器件上实现高密度存储的多级存储器件。本文利用有机薄膜晶体管中存在的持续光电导率(PPC)效应制备了一个光写入操作的多级存储器件, 有效地避免了电写入操作对器件的接触破坏性和较大功耗问题。研究了在不同功率(60, 100,150 μW/cm2)和不同持续时间(50~1 000 ms)700 nm光写入脉冲作用下的器件存储状态, 器件在光功率为60 μW/cm2、持续时间为100 ms的光脉冲下展现出了低至0.189 nJ的极低工作功耗。通过对器件施加16个连续光写入脉冲证实器件具有16个有效的存储状态, 实现了存储容量为4 bits的多级光写入存储功能。

通过用喷墨打印制备的ZnO/IGZO异质结代替单层半导体沟道克服了氧化物缺陷导致的电子传输限制。ZnO/IGZO异质结晶体管表现出带状电子传输，迁移率比单层IGZO或ZnO TFT分别增大了约9倍和19倍，达到6.42 cm2/(V·s)。开关比分别增大了2个和4个数量级，达到1.8×108。性能的显著改善源自于IGZO和ZnO异质界面间由于导带的大偏移量而形成的二维电子气。

通过对OTFT绝缘层SiO2表面分别采用十八烷基三氯硅烷(OTS)处理和原子层沉积薄层氧化铝的修饰方式，制备了喷墨打印有机薄膜晶体管并研究了修饰前后绝缘层的表面形貌、接触角及有源层的物相结构。虽然绝缘层的表面形貌在修饰前后变化不大，但是表面接触角和打印后有源层的物相结构有较大差别。OTS处理和沉积氧化铝修饰后，器件的迁移率比修饰前分别增大了4倍和9倍，而开关比则分别增大了1个和4个数量级。修饰后的最大迁移率可达0.35 cm2/( V·s)，开关比可达6.0×106。