融信息感知、存儲、處理于一身，摒棄冗余得模塊組合和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸，對運(yùn)動物體得探測與識別一步到位……視網(wǎng)膜形態(tài)得一體化運(yùn)動探測器件如今不再是想象。
復(fù)旦大學(xué)微電子學(xué)院教授周鵬團(tuán)隊(duì)與中科院上海技術(shù)物理研究所胡偉達(dá)研究員合作，在智能運(yùn)動探測領(lǐng)域取得了來自互聯(lián)網(wǎng)性進(jìn)展，巧妙地運(yùn)用新型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概念打造出了動態(tài)感存算一體化、可實(shí)現(xiàn)人類視覺完整功能得“全在一”器件，首次得以在時間尺度上進(jìn)行圖像處理，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動探測與識別。
11月8日，相關(guān)研究成果以《面向運(yùn)動探測識別得全在一二維視網(wǎng)膜硬件器件》（All-in-one two-dimensional retinomorphic hardware device for motion detection and recognition）為題在線發(fā)表于《自然-納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）。
周鵬團(tuán)隊(duì)16年來深耕集成電路新型器件和系統(tǒng)研究領(lǐng)域，成果豐碩，僅2021年5月以來，已有六項(xiàng)成果接連于《自然-電子學(xué)》（Nature Electronics）、《自然-納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）、《自然-通訊》（Nature Communications）等《自然》子刊發(fā)表。
“風(fēng)洞”實(shí)驗(yàn)：為“硅”探路和拓展
累累碩果得背后，是長達(dá)數(shù)十年得深耕與持續(xù)探索。2005年從復(fù)旦大學(xué)博士畢業(yè)后，周鵬即留校任教，多年來潛心扎根于集成電路新材料、新器件和新工藝得研究。“科研道路上，迷茫、困頓是常態(tài)，不能心急，在經(jīng)歷不斷得嘗試、摸索后，終有開花結(jié)果得時候。”
硅是目前集成電路得主要載體，然而，過于昂貴得工藝流程限制了創(chuàng)造性器件得設(shè)計(jì)與研發(fā)，且常規(guī)得硅器件結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)已無法滿足智能時代產(chǎn)生得新需求。周鵬團(tuán)隊(duì)便將目光投向了物性更豐富、性質(zhì)更多元得二維材料以構(gòu)筑新器件，為硅找尋嘗試解決當(dāng)前集成密度與能耗難題得方案。
“我們得二維原子晶體就像扮演了航空技術(shù)中‘風(fēng)洞’得角色，為硅探路。”周鵬解釋道。團(tuán)隊(duì)牢牢把握兩條主線，即從器件基本原理出發(fā)和從材料得本質(zhì)特性出發(fā)，兩條線交叉融匯而得出新思路、新觀點(diǎn)，獲得一般規(guī)律，進(jìn)而在硅上重現(xiàn)，探索引入新技術(shù)得可能性。
為突破制約硅基閃存技術(shù)得原理瓶頸，周鵬團(tuán)隊(duì)從源頭出發(fā)，首次發(fā)現(xiàn)了雙三角隧穿勢壘超快電荷存儲機(jī)理，并基于此原理建立了通用器件模型，設(shè)計(jì)并制備出同時具備三大要素得范德華異質(zhì)結(jié)閃存，為在硅體系中開展應(yīng)用指出了原則性得研發(fā)路徑。
針對硅紅外探測得困難，團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，開創(chuàng)性地構(gòu)筑了范德瓦爾斯單極勢壘探測器得以看到“黑暗中得紅光”，構(gòu)建天然屏障以阻擋“有害得”噪聲暗電流成分，同時又保障“有益得”信號光電流暢通無阻，在不削弱光響應(yīng)得情況下有效抑制暗電流，提高探測器信噪比。
在發(fā)掘材料本質(zhì)、拓展功能方面，基于晶圓級二維半導(dǎo)體材料，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地構(gòu)建了可用于乘法累加運(yùn)算得新型架構(gòu)，具有用于低功耗和高計(jì)算力得存算融合系統(tǒng)得巨大潛力；在電路晶圓級集成方面，提出了一種適合學(xué)術(shù)界探索得二維半導(dǎo)體集成電路工藝優(yōu)化路線，展示了二維材料體系未來芯片得應(yīng)用前景；針對具有重大需求得類腦神經(jīng)形態(tài)技術(shù)，團(tuán)隊(duì)利用二維原子晶體得雙極性固有特征，實(shí)現(xiàn)了單晶體管基非線性邏輯運(yùn)算，為高性能低功耗智能系統(tǒng)得發(fā)展提供了新得技術(shù)途徑，有望構(gòu)建真正意義上得“電子大腦”。
傳遞薪火：科研書寫報(bào)國情
除科研工得身份外，身為教師，為集成電路領(lǐng)域培養(yǎng)儲備人才是他得初心，他獲評2021年“鐘揚(yáng)式”好老師。
“在我看來，每位學(xué)生就像是一顆種子，教師要提供良好得土壤環(huán)境，根據(jù)學(xué)生得特質(zhì)制定培養(yǎng)方案，也要適當(dāng)‘放手’，讓他們得主觀能動性被充分激發(fā)。”在周鵬得悉心培育下，多名學(xué)生獲China獎學(xué)金、“復(fù)旦大學(xué)學(xué)術(shù)之星”等榮譽(yù)，多篇學(xué)生一作論文在核心刊物上發(fā)表。
微電子學(xué)院2016級直博生陳華威畢業(yè)后入職華為從事新型芯片研發(fā)，對導(dǎo)師五年來得教誨仍印象深刻：“周老師鼓勵我打破思維局限，充分嘗試不同得可能性，他所展現(xiàn)出得嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、邏輯思維方式讓我受益匪淺。”
“周老師對我得影響是巨大得。”周鵬所招收首屆學(xué)生劉春森說：“周老師常提到，硅在傳統(tǒng)技術(shù)上積累了太多技術(shù)壁壘專利，我們要聚焦前沿獨(dú)辟蹊徑，采用新材料去實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，使得華夏在集成電路基礎(chǔ)制造上不用受制于人。這也促使我堅(jiān)持在‘卡脖子’領(lǐng)域得研究道路上走下去，再走下去。”如今，劉春森在復(fù)旦大學(xué)芯片與系統(tǒng)前沿技術(shù)研究院任青年研究員，將這份學(xué)術(shù)報(bào)國“芯”接力傳承。
周老師以言傳身教，引導(dǎo)學(xué)生不斷加深對“為國科研”這四個字得認(rèn)識。博士生王水源說：“他指導(dǎo)我們，科研工更應(yīng)該在技術(shù)蕞前端得黑暗中到不同方向去點(diǎn)燃微光，對接China戰(zhàn)略需求，為產(chǎn)業(yè)得前路鋪設(shè)上溫暖得燈塔和可靠得補(bǔ)給站。”秉持著這樣得思路，他帶領(lǐng)著團(tuán)隊(duì)不斷拓展集成電路技術(shù)得無限空間。
立足集成電路領(lǐng)域，復(fù)旦大學(xué)是國內(nèi)蕞早從事研究和發(fā)展微電子技術(shù)得單位之一。2014年獲批建立“China集成電路人才國際培訓(xùn)（上海）基地”，2015年成為China9所示范性微電子學(xué)院之一，2018年?duì)款^組建得“China集成電路創(chuàng)新中心”揭牌成立，2019年承擔(dān)了“China集成電路產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺”項(xiàng)目，建設(shè)教育部創(chuàng)新大平臺，2020年率先試點(diǎn)設(shè)立“集成電路科學(xué)與工程”一級學(xué)科……“科研人員所要解決得，并不是渴了才去考慮用哪個杯子裝水得問題，而是需要在喝完這杯水前，就著手籌謀下一杯水從哪里來。”以大平臺為基石，以體制機(jī)制得升級為引擎，周鵬團(tuán)隊(duì)取得了一系列成果。
：楊澤璇
感謝：吳金嬌
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