將光感知與神經形態計算功能集成于氮化鎵基器件，是突破傳統分立器件局限的關鍵一步。此舉不僅可以提升信息處理效率，降低系統功耗與延遲，也能夠為構建高速、低功耗、高集成的智能光電子系統提供核心硬件支撐，推動下一代光電子智能感知與處理技術的發展，如仿生視覺芯片、光神經形態計算。近期，蘇州納米所陸書龍團隊基于GaN材料外延與器件工藝方面的積累[Communications Materials 6, 83 (2025)；Small Methods 9, 2400989 (2025)；Chip 4, 100149 (2025)；Journal of Semiconductors 46, 022401 (2025)；Applied Physics Letters 126, 262104 (2025)]，在氮化鎵基單片集成器件領域取得了重要進展。 

進展一：設計并驗證雙向光電流機制

傳統半導體 p-n 結的單向導通特性限制了具有雙向光響應能力器件的集成。此研究通過在 p-GaN/(In,Ga)N 異質結中引入水凝膠/p-GaN 局部接觸界面，在單一器件內構建了雙異質結結構（圖1）。所研制的雙功能器件在 365 nm 和 520 nm 光照下分別表現出負和正的光電流，成功實現了對不同波段光照的雙向光電流響應。該研究為面向復雜應用場景的一體化光電子芯片提供了一種可行的思路。

圖1 . 器件設計原理及雙向響應特性（左）；該工作入選為期刊正封面（右）研究結果以Realizing bidirectional photocurrent in monolithic dual-mode device for neuromorphic vision and logically-encrypted transmission為題發表在Advanced Functional Materials，并被遴選為期刊正封面，蘇州納米所蔣敏博士、趙宇坤副研究員為共同第一作者，蘇州納米所趙宇坤副研究員、中國科大孫海定教授和蘇州納米所陸書龍研究員為共同通訊作者。 

進展二：探測/突觸雙功能智能傳感與人形機器人應用驗證

光電探測器需要快速響應光線變化，而人工突觸器件則需要更長時間來處理和存儲信號，所以光電探測器很難像突觸器件那樣記憶圖像或處理光信號。簡而言之，兩者反應速度的快慢差異太大，難以整合到同一個器件里高效協同工作。另一方面， GaN納米線常用的硅襯底材料在紫外和可見光范圍是不透明的，這會導致其難以用于制備透明全向探測器。因此，基于GaN納米線的探測/突觸雙功能全向器件，至今難以研制成功。此工作采用電化學剝離技術移除硅外延襯底，并在透明基底上構建了“界面-體相分離”結構，包含石墨烯/(Al,Ga)N異質結功能區和GaN功能區，首次實現了自驅動360°全向GaN基探測器與人工突觸的單片集成，成功在單一器件中融合“快速響應”與“慢速弛豫”特性（圖2a和2b）。同時，團隊率先驗證了此新型雙功能器件在人形機器人領域中的應用潛力（圖2c），有助于提高人形智能機器人的智能感知與計算能力，并降低功耗。

圖2.（a-c）全向探測模式示意圖與實驗測試數據，（d）探測突觸雙模單片集成示意圖，（e）機器人智能感知應用驗證

研究結果以A dual-mode transparent device for 360° quasi-omnidirectional self-driven photodetection andefficient ultralow-power neuromorphic computing為題發表在Light: Science & Applications。蘇州納米所蔣敏博士為第一作者，蘇州納米所趙宇坤副研究員、蘇州科技大學張建亞博士、復旦大學邊歷峰研究員和蘇州納米所陸書龍研究員為共同通訊作者。

上述工作得到了半導體顯示材料與芯片重點實驗室、納米真空互聯實驗站（Nano-X）等支持，也得到了國家自然科學基金、江蘇省和蘇州市項目等科研項目資助。 

（來源：中國科學院蘇州納米所）