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將光感知與神經(jīng)形態(tài)計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，能夠為構建高速、低功耗、高集成的智能光電子系統(tǒng)提供硬件支撐，推動下一代光電子智能感知與處理技術的發(fā)展，如仿生視覺芯片和光神經(jīng)形態(tài)計算。近期，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所陸書龍團隊基于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展。傳統(tǒng)半導體p-n結的單向?qū)ㄌ匦韵拗凭哂须p向光響應能力器件的集成。研究團隊通過在p-GaN/(In,Ga)N異質(zhì)結中引入水凝膠/p-GaN局部接觸界面，在單一器件內(nèi)構建了雙異質(zhì)結結構。該雙功能器件在365 nm和520 nm光照下分別表現(xiàn)出負和正的光電流，實現(xiàn)了對不同波段光照的雙向光電流響應。這一成果為面向復雜應用場景的一體化光電子芯片提供了可行思路。相關成果作為封面論文，發(fā)表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。光電探測器需要快速響應光線變化，而人工突觸器件需要更長時間來處理和存儲信號，因此光電探測器很難像突觸器件那樣記憶圖像或處理光信號。簡而言之，兩者反應速度的快慢差異大，難以整合到同一個器件中高效協(xié)同工作。同時，GaN納米線常用的硅襯底材料在紫外和可見光范圍是不透明的，導致其難以用于制備透明全向探測器。因此，基于GaN納米線的探測/突觸雙功能全向器件難以研制?？蒲袌F隊采用電化學剝離技術移除硅外延襯底，并在透明基底上構建了“界面-體相分離”結構，包含石墨烯/(Al,Ga)N異質(zhì)結功能區(qū)和GaN功能區(qū)，實現(xiàn)了自驅(qū)動360°全向GaN基探測器與人工突觸的單片集成，在單一器件中融合“快速響應”與“慢速弛豫”特性。同時，團隊驗證了該新型雙功能器件在人形機器人領域中的應用潛力，有助于提高人形智能機器人的智能感知與計算能力并降低功耗。相關成果發(fā)表在《光：科學與應用》（Light: Science & Applications）上。研究工作得到國家自然科學基金等的支持。論文鏈接：1、2器件設計原理及雙向響應特性（左）；當期期刊封面（右）（a-c）全向探測模式示意圖與實驗測試數(shù)據(jù)，（d）探測突觸雙模單片集成示意圖，（e）機器人智能感知應用驗證