近日，國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然?納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）發(fā)表了一項(xiàng)最新研究成果——超寬帶氮化硼光子憶阻器問世。該研究由阿卜杜拉國王科技大學(xué)張西祥教授領(lǐng)銜的國際團(tuán)隊(duì)共同完成，為 “感知-存儲(chǔ)-計(jì)算一體化” 的人工智能視覺系統(tǒng)發(fā)展帶來了重大突破。
圖片來源：Nature Nanotechnolog截圖
憶阻器作為未來芯片的基石，在人工智能領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。其中，光子憶阻器因能夠響應(yīng)光譜信號(hào)，適用于人工智能視覺系統(tǒng)，具備非接觸、低功耗、高并行度等顯著優(yōu)勢(shì)，在集成感知、存儲(chǔ)、計(jì)算于一體的智能系統(tǒng)中備受期待。然而，長期以來，現(xiàn)有光子憶阻器存在諸多局限性，如光譜響應(yīng)范圍窄、工作模式單一，且以與主流半導(dǎo)體工藝兼容，嚴(yán)重制約了其在復(fù)雜計(jì)算場景中的應(yīng)用。
面對(duì)這些難題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用低溫（250°C）原位等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）技術(shù)，成功在硅基襯底上直接生長出大面積、高均勻性的六方氮化硼（hBN）薄膜。這一工藝有效解決了傳統(tǒng)方法在規(guī)?；a(chǎn)和工藝兼容性上的難題，使得該憶阻器能夠與先進(jìn)的硅基半導(dǎo)體技術(shù)完美融合，為其后續(xù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
此次研發(fā)的超寬帶氮化硼光子憶阻器在性能上表現(xiàn)卓越。在光譜響應(yīng)方面，它實(shí)現(xiàn)了從紫外（375nm）到近紅外（1064nm）的超寬光譜響應(yīng)，覆蓋了可見光到不可見紅外區(qū)域，這意味著未來的人工智能系統(tǒng)能夠 “看清” 更為復(fù)雜的環(huán)境。在工作模式上，該器件具備多模式可重構(gòu)特性，通過調(diào)節(jié)激光功率，可在 “非阻變”“易失性” 和 “非易失性” 三種工作模式間靈活切換，能夠模擬人腦神經(jīng)元的 “記憶訓(xùn)練” 過程。同時(shí)，其性能指標(biāo)也刷新了同類器件的紀(jì)錄，開關(guān)比超過109，保持時(shí)間超40000秒，循環(huán)耐久性超106次，熱穩(wěn)定性達(dá)300°C。
從作用機(jī)制來看，這款hBN/Si異質(zhì)結(jié)構(gòu)光子憶阻器通過氫離子與光生電子的協(xié)同作用形成導(dǎo)電絲，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了超寬帶響應(yīng)和模式可重構(gòu)。其中，hBN作為關(guān)鍵層，能夠利用其缺陷位捕獲氫離子，并與Si界面形成異質(zhì)結(jié)，從而實(shí)現(xiàn)光電子調(diào)控。
該研究成果具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。它為 “感知-存儲(chǔ)-計(jì)算一體化” 的人工智能視覺系統(tǒng)提供了可規(guī)模化的解決方案，有望廣泛應(yīng)用于類腦計(jì)算和智能視覺領(lǐng)域。這一突破性進(jìn)展也為開發(fā)與先進(jìn)硅基半導(dǎo)體技術(shù)完全兼容的集成感知-存儲(chǔ)-計(jì)算人工智能視覺系統(tǒng)開辟了全新道路，在未來智能硬件領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
（集邦化合物半導(dǎo)體整理）
更多SiC和GaN的市場資訊，請(qǐng)關(guān)注微信公眾賬號(hào)：集邦化合物半導(dǎo)體。