2D конденсаторы для in - Группа внутреннего освещения, ООО

Команда из Университета науки и технологий короля Абдаллы (KAUST) адаптировала и усовершенствовала базовую структуру датчика изображения устройства с зарядовой связью (CCD) для создания светочувствительных устройств памяти, которые можно программировать с помощью света. В частности, исследовательская группа встроила двумерный материал MoS2 в структуру полупроводникового конденсатора (MOSCAP), которая лежит в основе накапливающих заряд пикселей ПЗС-сенсора.

Структуры MOSCAP Al/Al2O3/MoS2/Al2O3/Si действуют как датчик улавливания заряда «в памяти», который чувствителен к видимому свету и может программироваться оптически и стираться электрически.

«Датчики освещенности в памяти — это интеллектуальные многофункциональные запоминающие устройства, которые могут выполнять роли нескольких — традиционно дискретных — устройств одновременно, включая оптическое считывание, хранение и вычисления», — сказал Назек Эль-Атаб, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в Университете. KAUST и главный исследователь лаборатории интеллектуальных, усовершенствованных устройств памяти и приложений.

«Наша долгосрочная цель — продемонстрировать встроенные в память датчики, способные обнаруживать различные стимулы и выполнять вычисления», — сказала она. «Это преодолевает стену памяти и позволяет быстрее и в режиме реального времени анализировать данные с использованием пониженного энергопотребления, что является требованием во многих футуристических и современных приложениях, таких как Интернет вещей, автономные автомобили и искусственный интеллект». среди других».

Эксперименты со светом с длиной волны от синего до красного диапазона спектра показывают, что фотогенерируемый заряд можно улавливать или сохранять с чрезвычайно длительным временем удержания. Результирующее напряжение «окна памяти» >2 В может храниться до 10 лет, прежде чем будет электрически стерто путем подачи сигнала +/- 6 В. Он также работает в течение многих миллионов циклов.

Конечная цель исследования — создание единого оптоэлектронного устройства, способного выполнять оптическое считывание и хранение данных с вычислительными возможностями.

Объединив структуру MoS2 MOSCAP с нейронной сетью, команда показала, что можно выполнить простое распознавание двоичных изображений, успешно различая изображения собаки или автомобиля с точностью 91 процент. Каждое изображение имело размер 32×32 пикселя, и из изображений была извлечена только информация о синем цвете, поскольку это соответствует пиковой чувствительности устройства.

«Современные устройства памяти могут быть запрограммированы оптически, но требуют электрического стирания», — сказал исследователь Даянанд Кумар. «В будущем мы хотели бы изучить оптические датчики в памяти, которые могут полностью управляться оптически».

Команда также использует черный фосфор для создания оптоэлектронного мемристивного синапса, который имитирует нейроны мозга для нейроморфных вычислительных приложений.

Многослойное устройство состоит из тонкого слоя черного фосфора и оксида гафния, который зажат между нижним слоем платины и верхним слоем меди. Он работает как оптоэлектронный мемристор — резистор, электрическое сопротивление которого можно программировать с помощью видимого света.

Эксперименты показывают, что он обладает очень стабильными синаптическими свойствами, такими как долговременная потенциация (длительное увеличение выходного сигнала), долговременная депрессия (длительное снижение выходного сигнала) и кратковременная пластичность (изменение реакции). через некоторое время).

Команда построила из этих устройств синаптический массив 6×6 и надеется, что в будущем более крупные массивы помогут создать биомиметическую сетчатку. Важно отметить, что устройства могут быть изготовлены с минимальными затратами путем обработки раствором, они гибкие и стабильно работают с радиусом изгиба 1 см, что открывает возможности для носимых устройств.

DOI: 10.1038/s41377-023-01166-7