Nature子刊！小型無掩膜光刻助力光電運動檢測傳感器實現全天候檢測

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

發表期刊：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據處理能力。對光線的依賴導致了這些傳感器僅在明亮的環境下能高效檢測運動，在黑暗環境下表現不佳。缺乏數據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據轉換為數字形式以便進行數據傳輸和存儲，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合中科院相關團隊利用小型臺式無掩膜直寫光刻系統- 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持續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范圍。由于所制備的RAO光電器件陣列模仿了蛇的視覺系統特性，可在全天候運動檢測和識別 (MDR) 方面實現從可見光 (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》上發表。

　　文中使用的小型臺式無掩膜直寫光刻系統- MicroWriter ML3克服了傳統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，經過光學系統調制，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- 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色心的狀態統計。（c）RAO器件中電子遷移率的統計結果。（d）RAO 陣列的閾值電壓統計特性與遷移率的統計特性類似，都服從正態分布。（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. 受到蛇眼啟發的全天候運動檢測系統。（a）和（b）蛇眼捕捉動態目標的原理。(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- 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，數據處理能力更強，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。

　　相關產品

　　1. 小型臺式無掩膜直寫光刻系統- MicroWriter ML3：http://www.dongsenyule.com/product/20160315755.shtml