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。目前國內外前沿研究成果表明二維材料在集成感知、存儲、計算等方面有著極大優(yōu)勢，有望彌補現(xiàn)有硅基光電傳感與圖像處理技術的不足。

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

在這項工作中，研究團隊首先成功生長了高質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場效應晶體管采用了高透明度的頂柵，所以具有良好的光感應能力；而不透明的頂柵晶體管則構成了信號處理電路。在此基礎上利用level-62 SPICE模型構建了MoS2晶體管仿真模型，對視覺增強電路中的模擬電路進行仿真和優(yōu)化，最終實現(xiàn)了10 mm×10 mm的機器視覺增強芯片。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體機器視覺增強芯片。在單片上集成了619個光電“感算一體”像素單元。研究得到科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金杰出青年基金、上海市教委創(chuàng)新計劃支持。下圖為基于二維半導體的機器視覺增強芯片，每個單元像素電路中集成了信號“傳感-存儲-計算”功能。