用于宽带光电边缘计算的可编程黑磷图像传感器

        二维半导体在光电子学方面极具潜力，因为它们提供了具有可调谐光电特性的宽范围带隙。由于原子薄且可转移，它们易于与光子电路和微电子进行异构集成，以实现高级功能。在2D半导体中，黑磷（bP）因其可调谐的带隙而脱颖而出，其对应的红外光谱范围很宽。离散型、阵列型和波导集成型bP光电探测器已被证明具有令人信服的红外性能。利用其宽带红外响应，bP光电探测器阵列可用于多光谱成像，从而获取具有光谱信息的空间图像。多光谱成像结合人工神经网络（ANN）已成为生物医学成像、新鲜食品分类和工业现场表面损伤检测的强大工具。这种成像技术可产生大量数据，且计算密集、对延迟敏感，因此可以受益于新兴的边缘计算方案。在边缘而非云中对传感器内的图像进行预处理，可以大大减轻服务器的数据流负载，提高带宽预算，减少延迟和功耗。边缘计算的这些优势推动了光电边缘传感器的发展，该传感器将视觉感知和计算功能结合在同一设备中，最近已通过使用2D材料进行可见光/紫外光谱成像进行了证明。使用bP实现这种方案将把它扩展到红外光谱范围，实现智能夜视和多光谱传感。

       近日，来自华盛顿大学电气与计算机工程系的Seokhyeong Lee等人报告了一种基于黑磷的可编程光电晶体管阵列（bP PPT）的多功能红外图像传感器。通过电学和光学控制栅极电介质层中存储的电荷，bP PPT的电导和光响应性可以以5比特精度进行本地或远程编程，以实现传感器内卷积神经网络（CNN）。该传感器阵列可以接收红外光谱范围较宽的光学图像，并进行推理计算，以92%的精度处理和识别图像。所演示的bP图像传感器阵列可以放大，以构建更复杂的视觉传感神经网络，这将在分布式和远程多光谱遥感中找到许多有前途的应用。相关研究工作发表在《Nature Communications》上。（詹若男）

       文章链接：Seokhyeong Lee et al. Programmable black phosphorus image sensor for broadband optoelectronic edge computing. Nature Communications (2022) 13:1485 https://doi.org/10.1038/s41467-022-29171-1