材料学院在仿生视觉器件与芯片领域取得重要进展

哈工大全媒体（材料/文）近日，我校材料科学与工程学院特种陶瓷研究所在超低功耗仿生光突触器件及芯片领域取得重要进展。相关成果以题为“铟诱导表面电荷掺杂二硫化钼超低功耗光突触用于仿生眼”的论文发表在材料领域权威期刊《先进材料》（Advanced Materials,IF 30.849）杂志上。我校为论文唯一通讯单位，博士生胡云霞为论文第一作者，胡平安教授为论文通讯作者。

该项研究灵感来源于生物眼。仿生眼具有大视野、低像差等优良的成像功能，可以应用于机器人等人工智能装备。目前的视觉系统通常由光电探测器、存储器和处理单元组成，为感、存、算分离的冯诺依曼构架方式，存在功耗墙与存储墙问题，导致能耗高且难以执行复杂的图像学习和处理任务。因此，研发多功能光电子器件的感、存一体的非冯诺依曼构架的视觉系统具有重要意义。其中，仿神经光突触器件能够对光刺激作出反应并具有良好的突触可塑性，可以将视觉系统和大脑功能结合在一起。然而，目前仿神经光突触器件存在高功耗及难以实现曲面加工集成问题。

针对以上问题，胡平安课题组通过在器件沟道二维半导体（MoS₂）表面增加不连续的电子注入层（铟层），有效降低了光突触器件功耗，使其低达每脉冲68.9阿焦，远小于目前同类器件国际报道值（＞1皮焦）。另外，本研究克服了在弯曲表面上材料生长与器件加工集成的难题，构筑出仿神经突触器件阵列组成的半球形电子视网膜，实现了图像传感与学习功能。这项工作为仿神经光突触器件的性能调控及视觉芯片提供了新的策略。

胡平安课题组从事大尺寸二维单晶晶圆生长（石墨烯、六方氮化硼等）及光电器件研究，通过价带匹配优化获得高性能范德华金属-绝缘体-半导体光电探测器；研发出基于二硫化硒/六方氮化硼/石墨烯异质结构的低光写能多位光电存储器，这些成果分别在线发表于《先进功能材料》（AdvancedFunctional Materials,https://doi.org/10.1002/adfm.202104359）和《小》（Small，https://doi.org/10.1002/smll.202104459）上。受邀在《自然电子学》（Nature Electronics,2021，4,325-325）上发表题为“具有亚1纳米沟道的垂直晶体管”的评论文章。

以上研究受到了微系统与微结构制造教育部重点实验室、机器人技术与系统国家重点实验室的大力支持。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202104960