成大半導體學院團隊為近感測發展闢新局 研發新型光學仿生元件

【勁報記者于郁金/臺南報導】臺灣是半導體王國，先進技術不斷發展，國立成功大學智慧半導體及永續製造學院教授李亞儒帶領團隊，最新研發出一種基於全無機鈣鈦礦量子點的光學神經形態突觸元件，將感測、記憶與運算等功能高度整合，為鄰近感測計算技術的發展開闢新局，可應用在自駕車導航、智慧製造和醫療影像分析等高效彩色影像處理，為人工智慧應用開創新視角，成果刊登在國際頂尖期刊「先進科學(Advanced Science)」，受到注意。

李亞儒表示，這項研發在國科會2年計畫補助下，開花結果，不僅被頂尖期刊接受，也引起國內半導體產業關注，將與廠商合作，展開進一步研究與測試。

李亞儒專長在半導體光電元件、奈米製程技術等，團隊成員包括半導體學院博士後研究員姚詠祺、博士生李家榮、碩士生馮俊智與陳永濬等，對於能在李亞儒帶領下有好的研究成果產出，都相當振奮。

李亞儒指出，去年的諾貝爾物理學獎，頒給約翰·霍普菲爾德(John J. Hopfield)與傑弗里·辛頓(Geoffrey E. Hinton)，表彰他們推動人工神經網路(ANN)非凡成就，為現代機器學習奠定基石，機器愈來愈仿生，是未來發展方向。

在影像辨識技術上也相同，李亞儒表示，希望機器能模仿人類以眼睛目視後，將影像輸往大腦辨識分析並儲存，目前已經有許多半導體記憶元件製作方法，功效與耗能也不盡相同，有些是將不同材質複合，但製程複雜而且成本高。

研究團隊設計新型光學神經形態突觸元件，採用雙單元設計，模擬人類視覺系統中的突觸動態行為，並可根據不同波長的光刺激調整突觸權重，為視覺辨識技術帶來更加接近生物系統突破。

團隊以「全無機鈣鈦礦量子點(CsPbBr3)」做為電阻式隨機存取記憶體(RRAM)中主動層介電質，上下則分別使用銀金屬及透明導電層氧化銦錫做為電極，因為介電質的材料單一，製程相對簡單，並透過正負電極反轉，元件可多功能操控，因而有耗能少、效能高及成本低等多項優點。

新的元件以28×28陣列，結合單層人工神經網路進行神經形態編碼，成功實現對紫外、藍色與綠色MNIST手寫數位辨識，分類準確率超過90%，顯示這項新技術在複雜影像辨識任務中擁有卓越表現力。

而目前市場上熱門矽光子，是指資料傳輸由傳統的電訊號改為光子傳輸訊號，不但能大幅提升傳輸效果，也會大幅降低傳輸能耗，進一步改善發熱問題，成大的新研發也能導入矽光子相關應用。

李亞儒表示，新研發利用紫外光進行光學編碼，並通過綠光抹除編碼狀態，實現即時檢測與感知功能；透過同步檢測光子能量(波長)，讓這種非接觸式光學編碼系統更加精準且高效。(國立成功大學提供照片)

成大提供論文連結：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202409933