將光感知與神經(jīng)形態(tài)計(jì)算功能集成于氮化鎵基器件，是突破傳統(tǒng)分立器件局限的關(guān)鍵一步。此舉可以提升信息處理效率，降低系統(tǒng)功耗與延遲，能夠?yàn)闃?gòu)建高速、低功耗、高集成的智能光電子系統(tǒng)提供硬件支撐，推動(dòng)下一代光電子智能感知與處理技術(shù)的發(fā)展，如仿生視覺(jué)芯片和光神經(jīng)形態(tài)計(jì)算。近期，中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所陸書(shū)龍團(tuán)隊(duì)基于GaN材料外延與器件工藝方面的積累，在氮化鎵基單片集成器件研究方面取得了進(jìn)展。
傳統(tǒng)半導(dǎo)體p-n結(jié)的單向?qū)ㄌ匦韵拗凭哂须p向光響應(yīng)能力器件的集成。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)在p-GaN/(In,Ga)N異質(zhì)結(jié)中引入水凝膠/p-GaN局部接觸界面，在單一器件內(nèi)構(gòu)建了雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。該雙功能器件在365 nm和520 nm光照下分別表現(xiàn)出負(fù)和正的光電流，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同波段光照的雙向光電流響應(yīng)。這一成果為面向復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景的一體化光電子芯片提供了可行思路。相關(guān)成果作為封面論文，發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）上。
光電探測(cè)器需要快速響應(yīng)光線變化，而人工突觸器件需要更長(zhǎng)時(shí)間來(lái)處理和存儲(chǔ)信號(hào)，因此光電探測(cè)器很難像突觸器件那樣記憶圖像或處理光信號(hào)。簡(jiǎn)而言之，兩者反應(yīng)速度的快慢差異大，難以整合到同一個(gè)器件中高效協(xié)同工作。同時(shí)，GaN納米線常用的硅襯底材料在紫外和可見(jiàn)光范圍是不透明的，導(dǎo)致其難以用于制備透明全向探測(cè)器。因此，基于GaN納米線的探測(cè)/突觸雙功能全向器件難以研制。
科研團(tuán)隊(duì)采用電化學(xué)剝離技術(shù)移除硅外延襯底，并在透明基底上構(gòu)建了“界面-體相分離”結(jié)構(gòu)，包含石墨烯/(Al,Ga)N異質(zhì)結(jié)功能區(qū)和GaN功能區(qū)，實(shí)現(xiàn)了自驅(qū)動(dòng)360°全向GaN基探測(cè)器與人工突觸的單片集成，在單一器件中融合“快速響應(yīng)”與“慢速弛豫”特性。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了該新型雙功能器件在人形機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用潛力，有助于提高人形智能機(jī)器人的智能感知與計(jì)算能力并降低功耗。相關(guān)成果發(fā)表在《光：科學(xué)與應(yīng)用》（Light: Science & Applications）上。
研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。
論文鏈接：1、2
器件設(shè)計(jì)原理及雙向響應(yīng)特性（左）；當(dāng)期期刊封面（右）
（a-c）全向探測(cè)模式示意圖與實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，（d）探測(cè)突觸雙模單片集成示意圖，（e）機(jī)器人智能感知應(yīng)用驗(yàn)證
本文鏈接：氮化鎵基單片集成器件研究獲進(jìn)展http://www.sq15.cn/show-12-1637-0.html
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