論文題目：Non-volatile rippled-assisted optoelectronic array for all-day motion detection and recognition

發(fā)表期刊：Nature Communications IF: 17.65

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-46050-z

【引言】

隨著人工智能和信息技術的進步，運動檢測和識別 (MDR) 技術在自動駕駛、安全監(jiān)控、道路交通管制和軍事相關等領域變得越來越重要。當前基于互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 圖像傳感器對運動檢測存在著一些不足。例如，傳感器對光線依賴性強和缺乏數(shù)據(jù)處理能力。對光線的依賴導致了這些傳感器僅在明亮的環(huán)境下能高效檢測運動，在黑暗環(huán)境下表現(xiàn)不佳。缺乏數(shù)據(jù)處理能力會造成傳感器無法提取和處理運動信息的問題。使得現(xiàn)有的傳感器難以分析運動軌跡或識別具體物體。此外，將圖像傳感器的大量數(shù)據(jù)轉換為數(shù)字形式以便進行數(shù)據(jù)傳輸和存儲，也會導致時間和電力的浪費。

【成果簡介】

為了解決上述在運動檢測領域所存在的問題，2024年2月復旦大學相關課題組聯(lián)合中科院相關團隊利用小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3，將MoS₂二維材料制備出形變增強光電器件（RAO）。所制備出的器件僅能夠實現(xiàn)持續(xù)可重構的非易失性正負光電導，還在室溫下具有高的遷移率和光存儲動態(tài)范圍。由于所制備的RAO光電器件陣列模仿了蛇的視覺系統(tǒng)特性，可在全天候運動檢測和識別 (MDR) 方面實現(xiàn)從可見光 (405 nm) 到近紅外 (940 nm) 的寬帶譜檢測。相關工作以《Non-volatile rippled-assisted optoelectronic array for all-day motion detection and recognition》為題，在SCI期刊《Nature Communications》上發(fā)表。

文中使用的小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3克服了傳統(tǒng)光刻工藝中需要掩膜版的難題，通過電腦控制DMD微鏡矩陣開關，經(jīng)過光學系統(tǒng)調制，直接在光刻膠上曝光繪出所要的圖案。與此同時，該設備還具備結構緊湊（70cm X 70cm X 70cm）、直寫速度高，高分辨率（XY：<1 μm）等特點。采用集成化設計，全自動控制，可靠性高，操作簡便。憑借這些優(yōu)勢，MicroWriter ML3為本研究器件的成功制備提供了關鍵技術支持。

小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3

【圖文導讀】

圖1. RAO光電器件結構示意圖。（a）RAO光電器件的3D概念圖，每一個單元構成圖像中的一個像素。（b）由MicroWriter ML3所制備的RAO光電器件的光學表征結果。（c）RAO器件中MoS₂形變部分的掃描透射表征結果。（d）64個RAO光電單元的拉曼表征結果，和（e）RAO光電器件的拉曼圖譜分析結果。（f）兩種NV色心在RAO器件中隨時間的變化結果。（g）和（h）在光照條件下正負光電導的變化機理示意圖。

圖2. RAO光電器件的光電性能表征結果。（a）VDS為0.5V的條件下IDS隨VBG的變化結果。（b）由光誘導的兩種NV色心的狀態(tài)統(tǒng)計。（c）RAO器件中電子遷移率的統(tǒng)計結果。（d）RAO 陣列的閾值電壓統(tǒng)計特性與遷移率的統(tǒng)計特性類似，都服從正態(tài)分布。（e）和（f）每個像素最小和最大的IDS。(g) 本工作中電子遷移率與已報到工作相比較。(h) 本工作與之前工作中電子遷移率和厚度間的比較。(i)本工作與他人工作中器件的光學動態(tài)范圍比較。

圖3. 通過MicroWriter ML3制備的光電器件的光學和掃描電鏡表征結果。（a），(b）和（c）為光學結果。（d），(e)和(f)為器件的掃描電鏡表征結果。

圖4. 受到蛇眼啟發(fā)的全天候運動檢測系統(tǒng)。（a）和（b）蛇眼捕捉動態(tài)目標的原理。(c)在有足夠光線條件下的RAO運動檢測結果。（d）在光線不足條件下的檢測結果。

【結論】

論文中，復旦大學和中科院的相關團隊利用MicroWriter 小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3制備了基于MoS₂的二維光電檢測器件。由于該器件利用了MoS₂的形變效應，顯著提高了器件中的電子遷移率。與同類器件相比，論文中所制備出的光電檢測器件光學檢測范圍更大，數(shù)據(jù)處理能力更強，功耗更低。該工作為需要進行全天候光學動態(tài)檢測的相關領域，提供了新的方案，更提供了新的解決思路。從論文中還可以看出，MicroWriter ML3無掩模光刻機得益于其強大的光刻和套刻能力，可以十分方便地實現(xiàn)實驗中所設計圖形的曝光，是各學科科研中制備各類微納器件的得力助手。

相關產(chǎn)品

1、小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3