X射线机器视觉系统在大规模集成电路、精密仪器元件、锂离子电池、包装食品等现代工业生产中的内部缺陷无损检测方面有着广泛应用，但是基于传统冯·诺伊曼架构的图像检测系统存在大量冗余数据，给存储空间、传输速度和能耗等方面带来了困扰。此外，X射线高的穿透性需要探测材料满足一定厚度和包含重原子（有效吸收X射线）、具有高电阻（低暗电流以提升检测下限）、低电子-空穴对产生能量（产生足够光生载流子）、高的结晶度（减少缺陷复合）以及耐辐照（提升器件长期工作稳定性）等众多苛刻要求。其中，电子-空穴对产生能量、电阻以及耐辐照特性对半导体带隙具有相反的依赖关系。高电阻耐辐照的宽带隙半导体材料同时具有较高的电子-空穴对产生能量，因而极大限制了相关X射线探测器性能的进一步优化。

针对上述研究现状，松山湖材料实验室梅增霞研究员团队开发了一种基于界面增益效果的薄膜型X射线探测器，他们利用金属/半导体界面的氧空位缺陷增强了电子的隧穿几率（图1a-b），从而巧妙缓解了氧化镓材料的宽带隙和高电子-空穴对产生能量之间的矛盾。同时，模仿人类视觉系统中具有感知、存储和图像预处理功能的视网膜，他们构建了突触型X射线探测器。进一步地，利用非晶氧化镓薄膜可低温大面积均匀沉积的优势，他们在64×64非晶硅薄膜晶体管阵列上制备了X射线成像器件（图1c-d），并成功展示了X射线图像探测、记忆和对比度增强等一系列功能（图1e-j）。随后的人工神经网络仿真证明，对比度增强的图案有效提高了后续的图像识别效率。该工作有望促进X射线波段神经形态光电器件的发展，为实现大面积神经形态X射线探测开辟了新的研究视角。

相关研究成果以“Retina-Inspired X-Ray Optoelectronic Synapse Using Amorphous Ga₂O₃ Thin Film”为题，发表在国际知名期刊Advanced Science上。梁会力副研究员为第一作者，梅增霞研究员为共同通讯作者，松山湖材料实验室为唯一通讯单位，同时本工作得到了广东省基础与应用基础研究和国家自然科学基金的资助。

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撰稿：氧化物半导体团队