当前最先进的CMOS图像传感器在黑暗环境中探测运动物体效果不佳，需要依靠外部存储来处理传感器的数据，易导致时间与功率的浪费。二维材料具有潜在的光电一体化应用优势，但以往的研究未能将宽光谱探测、非易失性存储和计算功能整合到单个器件中，并且基于多层堆叠异质结构的浮栅器件存在制造复杂性，难以实现大规模集成。因此，实现适应全天候探测的高性能阵列集成技术需要解决功能一体化与大规模工艺集成等关键问题。
针对此领域难题，光电研究院周鹏/汪洋团队联合芯片与系统前沿技术研究院向都青年研究员、中国科学院上海技术物理研究所胡伟达研究员，提出了一种二维材料与氮化硅混维异质集成的光电阵列(18 × 18像素)，具有正、负光电导响应以及存储和计算功能。该器件利用富硅氮化硅天然空穴陷阱态引起的非易失型存储特性，实现了超过106的光存储动态范围。结合波纹界面带来的迁移率增强效应，表现出了高达406.7 cm2 V−1 s−1的室温迁移率，比国际设备和系统路线2028的目标高出四倍。团队进一步利用波纹界面带来的MoS2应变工程，扩展其光谱范围到近红外波段（940 nm）。受蛇视觉系统的启发，实现了对白天和夜晚运动目标的探测与识别，这是也团队首次探索硅基二维光电子器件在人工超视觉领域的应用。这种全在一智能光电器件能够有效地减少运动图像信息处理所需的能耗与硬件复杂度，从而显著降低经济成本。
这项工作为运动目标探测与识别提供了高水平的集成技术，并为未来“全在一”一体化智能光电器件与集成建立了一个模型平台。相关成果以 “ Non-volatile rippled-assisted optoelectronic array for all-day motion detection and recognition ” 为题发表于顶级期刊《自然-通讯》（Nature Communications ）。复旦大学微电子学院、光电研究院周鹏、汪洋，芯片与系统前沿技术研究院向都，中国科学院上海技术物理研究所胡伟达为共同通讯作者，庞星辰和汪洋为共同第一作者。本工作得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委、中国博士后科学基金等项目的大力支持。
图. 受蛇视觉系统的启发，论文作者在复旦大学骑电动车实现的全天候运动探测
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46050-z
