新型二維原子晶體具有原子層厚度、表面無懸掛鍵、易于集成等特性。目前國內(nèi)外前沿研究成果表明二維材料在集成感知、存儲、計(jì)算等方面有著極大優(yōu)勢，有望彌補(bǔ)現(xiàn)有硅基光電傳感與圖像處理技術(shù)的不足。

近日，復(fù)旦大學(xué)周鵬/ 包文中團(tuán)隊(duì)利用晶圓級二維原子晶體硫化鉬成功制備了大規(guī)模機(jī)器視覺增強(qiáng)芯片。相關(guān)研究成果以A 619-pixel machine vision enhancement chip based on two dimensional semiconductors為題發(fā)表在Science Advances上。

在這項(xiàng)工作中，研究團(tuán)隊(duì)首先成功生長了高質(zhì)量均勻的兩英寸二維材料（MoS2）晶圓，并開發(fā)了適用于二維集成電路的集成電路制造工藝。這種單原子層的MoS2具有優(yōu)異的半導(dǎo)體特性，兼具信號處理和光電傳感的作用。該研究中部分MoS2場效應(yīng)晶體管采用了高透明度的頂柵，所以具有良好的光感應(yīng)能力；而不透明的頂柵晶體管則構(gòu)成了信號處理電路。在此基礎(chǔ)上利用level-62 SPICE模型構(gòu)建了MoS2晶體管仿真模型，對視覺增強(qiáng)電路中的模擬電路進(jìn)行仿真和優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了10 mm×10 mm的機(jī)器視覺增強(qiáng)芯片。該工作是迄今為止國際上最大集成規(guī)模的新型晶圓級二維半導(dǎo)體機(jī)器視覺增強(qiáng)芯片。在單片上集成了619個(gè)光電“感算一體”像素單元。研究得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金杰出青年基金、上海市教委創(chuàng)新計(jì)劃支持。下圖為基于二維半導(dǎo)體的機(jī)器視覺增強(qiáng)芯片，每個(gè)單元像素電路中集成了信號“傳感-存儲-計(jì)算”功能。