等离激元调制的硒化钼超低能耗类视网膜光电器件
批准号:
92163135
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
64.0 万元
负责人:
李梓维
依托单位:
学科分类:
光子与光电子器件
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李梓维
中文摘要
光电神经突触和视觉成像器件的研发备受关注,然而,生物兼容的ms级运算速度和pJ级功耗的类视网膜器件研发仍未取得突破,在材料体系和器件性能优化方面亟待寻求解决方案。目 前,基于二维半导体材料的类视网膜器件都受限于材料自身有限的光吸收和载流子迁移率,在性能和功耗改善方面仍需新的技术优化方案。本项目将以“金颗粒-二维半导体材料”为结构“基元 ”,利用模板压印和改进的化学气相沉积技术,实现三基色光响应的“序构”阵列;结合瞬态 /稳态光谱表征,揭示等离激元的局域电磁场增强、热电子掺杂和原子替位现象对器件性能提升的物理本质;利用光电测试平台系统研究神经突触器件的“学习-记忆-遗忘”等仿生功能, 并阐明等离激元效应对器件极限性能突破的影响;进一步优化软件算法,实现万级像素元视觉图像识别与神经网络记忆。本项目的开展,将促进等离激元效应提升光电器件性能的深入理 解,为智能视觉感知系统设计与应用提供重要依据。.
英文摘要
The development of optoelectronic synapses and visual imaging devices have attracted much attention. However, the research of biocompatible retinal-like devices with ms-level operation speed and pJ-level power consumption have not yet made a breakthrough. It is urgent to seek solutions in finding new material system and improving device performances. At present, retina-like devices based on two-dimensional semiconductors are limited by their weak light absorption and poor carrier mobility. New techniques are still needed to explore to improve the performance and power consumption. In this project, the material system of "Au nanoparticle-two dimensional semiconductor" is selected as the "unit" structure, and "ordered" devices are fabricated by using template imprinting method and improved chemical vapor deposition technology. Combined with transient/steady-state spectral characterizations, the physical essences of plasmon-induced local electromagnetic field enhancement, hot electron doping and atomic substitution phenomenon in improving the device performance should be revealed. The "learning-memorizing-forgetting" bionic functions of synaptic devices are studied using optoelectronic measurement platform, and the influence of plasmon-effect on the breakthrough of device performance will be clarified. We further optimize the software algorithm to realize the visual image recognition and neural network memory of 10000-level pixel. This project can promote the in-depth understanding of plasmon-effect in improving the performance of optoelectronic devices, and provides a valuable guidance for designing and fabricating intelligent visual perception systems.
本项目聚焦光电神经突触与视觉成像器件研发,旨在解决生物兼容、低功耗类视网膜器件的关键材料制备与关键集成技术难题。当前,基于二维半导体材料的类视网膜器件受限于材料的光吸收效率和载流子迁移率,性能提升面临性能瓶颈。本项目以“金纳米结构-二维材料”为结构基元,通过改进的化学气相沉积技术,实现了三基色光响应的序构阵列,为器件性能优化提供了新思路。依托项目已发表SCI论文10篇,其中一区论文5篇;申请中国发明专利3项;培养了博士研究生6人、硕士研究生10人(已毕业3人)。代表性成果如下:.1. 新型二维材料的结构设计和可控制备.本研究团队通过微结构诱导生长法结合化学气相沉积(CVD)定点定位技术,制备了二维半导体、低维钙钛矿半导体阵列;通过改进的化学气性沉积方法合成了阵列排布的混合维度G/NiS2-MoS2异质结构,异质结具有各向异性的势能分布,为钠离子定向输运提供了天然“高速”通道,助力钠离子电池性能提升。相关成果发表在Small和Innovation等期刊。.2. 二维材料光与物质相互作用调制研究.本研究团队制备了金纳米棒/二硫化钼异质结器件,实现了在450 nm、532 nm和633 nm三个波长下的的宽谱响应;设计了一种金纳米楔形结构/二硫化钼异质结器件,器件迁移率提升5倍,单次光刺激功耗仅0.75 pJ,光响应度高达2000 A/W,开关比达10^7,且实现了可见红外双波段探测;此外还系统研究了MoS2/WSe2异质结构在79至473 K温度范围内的拉曼光谱和光致发光特性。相关成果发表在Advanced Materials, Nanomaterials等期刊。.3. 类视网膜神经形态MicroLED微显示器件研发.本研究团队发光器件表面预处理和化学键结合,解决了量子点像素“掉胶”问题,确保了100%图案化制造良率。利用精确光刻工艺,成功集成高密度红、绿量子点色转换像素阵列,构建稳定、超高亮度的全彩像素结构。基于硅基氮化镓晶圆及隔离墙结构,制备出0.39英寸全彩微显示芯片,达到3300 PPI、40万尼特亮度和130.4% NTSC宽色域,动态显示性能超越商用OLED与现有技术。相关成果发表在Advanced Materials, Materials Horizons, Advanced Optical Materials上。
范德华异质结中长寿命的层间谷激子及谷量子输运器件
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:59万元
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批准年份:2022
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负责人:李梓维
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依托单位:
手性等离激元纳米结构调控二维材料光与物质相互作用
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批准号:11904098
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:27.0万元
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批准年份:2019
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负责人:李梓维
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依托单位:
二维材料光与物质相互作用的增强与调控
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批准号:2019JJ30004
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2019
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负责人:李梓维
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依托单位:
国内基金
海外基金