CIF薄膜制备设备旋涂机助力客户取得新成果 -高速低耗传感 - 存储 - 计算一体化系统荣登《Nano Letters》！

在智能传感、自动驾驶等数据密集型应用中，传统系统依赖物理分离的传感、存储与计算单元，海量原始数据的跨单元传输导致 latency、带宽和功耗居高不下。虽有近传感计算、存内计算等 “二合一” 架构问世，但多依赖异质集成技术，受限于材料体系、器件结构差异，难以实现高密度兼容集成。开发单一物理单元内嵌多功能的器件，成为突破传统架构瓶颈的关键方向。

   针对二维材料异质结器件制备的严苛工艺要求，CIF公司的旋涂设备发挥了不可替代的支撑作用，为器件核心结构制备保驾护航：

  1.高精度旋涂，筑牢结构基础：精准控制 PdSe₂接触层、ReS₂沟道层及氧插层等关键薄膜制备，确保各层厚度均匀、表面平整，为原子级洁净范德华界面和晶体轴精准取向堆叠提供工艺保障。

  2.稳定适配，提升制备成功率：凭借优异的运行稳定性和参数可调性，匹配二维各向异性材料制备需求，减少工艺波动引发的薄膜缺陷，保障氧插层均匀受限分布，夯实电荷捕获存储功能的结构基础。

  3.兼容集成，贴合产业化趋势：设备工艺与器件集成流程高度适配，契合 “单一器件多功能” 架构理念，为技术从实验室走向规模化应用提供工艺可行性支撑。

  研究团队成功研发COT（晶体轴对齐氧插值晶体管），核心成果如下：采用 PdSe₂与ReS₂晶体轴对齐堆叠及范德华接触，实现8.4高偏振比，响应度达5.2×10⁷ A・W⁻¹、比探测率达 7.8×10¹⁵ cm・Hz¹/²・W⁻¹，性能远超传统探测器；引入 2.5 nm 氧插层，实现33个线性存储态，数据保持时间达 6×10⁴ s（ extrapolate 后可达 10 年），18个月环境存储性能稳定；基于高偏振敏感性，以偏振光为输入实现波长可调可重构光电逻辑门（914 nm下AND逻辑、375nm下OR逻辑），单操作能耗低至 0.5-5 pJ；器件集成传感、存储、计算功能，为高密度一体化芯片研发提供通用框架。

图1. COT器件的结构与表征。(a) 器件制备流程示意图。采用各向异性PdSe₂（准金属性，禁带宽度≈0.16 eV）作为源/漏电极，各向异性ReS₂（半导体性，禁带宽度≈1.5 eV）作为沟道。氧分子预吸附于ReS₂表面并在堆叠过程中被限制，形成界面O₂层。PdSe₂−ReS₂沿晶体轴（b轴）对齐堆叠以实现高偏振比；范德华接触确保了器件的高性能；限域O₂层作为电荷捕获层实现存储功能。(b) PdSe₂/ReS₂/O₂结构的横截面原子分辨率图像，可观察到厚度约2.5 nm的O₂插层。(c) PdSe₂−ReS₂接触区放大图像，呈现洁净的范德华界面。元素分布图证实了其组成与分布。(d) COT器件的光学图像。由于本征各向异性解理特性，PdSe₂和ReS₂均呈现条状形貌，且其堆叠沿b轴精确排列。(e) COT器件在不同工作模式（传感、存储、逻辑）下的示意性能带图。

图2. 光响应与存储性能。(a) 暗态及不同功率激光照射下COT器件的转移特性曲线（I_ds−V_gs）。(b) 响应度R随栅压V_gs和入射光功率P_light的变化关系，最大值达5×10⁷ A/W。(c) 下图左轴：不同栅压下测得的噪声电流；上图右轴：计算得到的比探测率D*，高达7.8 × 10¹⁵ cm Hz^1/2W⁻¹。(d) 线偏振光写入（LP-writing）和圆偏振光擦除（GP-erasing）操作下的I_ds−V_gs特性曲线。(e) 光电流的长期保持特性，测试期间包含全断电间隔。插图为外推的保持时间，表明10年后仍有约60%的光电流留存。(f) 线偏振光写入与圆偏振光擦除的可重复循环操作。(g) 多级存储特性。此处共获得33个分立的存储态，读出电流均匀递增。插图为线性动态响应（斜率7.78 nC/态），证实了高度线性的多级存储行为。(h) 长期稳定性，在环境存储18个月后性能保持稳定。

  图3. 晶体轴对齐与偏振分辨光响应。上图：PdSe₂ (a)、ReS₂ (b)及其对齐异质结构(c)的原子结构及相应晶轴示意图。下图：PdSe₂、ReS₂及其对齐异质结构的角度依赖拉曼光谱图。各单层中观测到的拉曼增强峰在PdSe₂/ReS₂结构中同样出现，证实了晶体轴对齐操作的成功。(d) 提取的偏振比随PdSe₂/ReS₂异质结中相对b轴夹角(α)的变化关系。仅当两者的b轴平行时(α = 180°)偏振比达到大，凸显了晶体轴对齐的重要性。(e) 660 nm激光不同偏振态照射下器件的读出电流与存储特性。(f) 不同波长(375, 532, 808, 914 nm)下偏振依赖光电流随入射角的变化。(g) 偏振依赖光电流的3D统计图，展示了COT器件的宽带偏振分辨能力。V1−V4代表PdSe₂的主要拉曼峰；N1−N4代表ReS₂的主要拉曼峰。

  图4. 基于COT器件的可重构光电逻辑门。(a) 单器件逻辑门结构示意图，其中两束偏振方向垂直（⊥，逻辑“0”）和平行（∥，逻辑“1”）的偏振光作为逻辑输入(p, q)，源漏电流(S)作为逻辑输出。(b) 可重构逻辑门的工作原理示意图。通过使用不同波长的偏振光实现了可重构的光电逻辑门：914 nm光实现AND功能，375 nm光实现OR功能。此处，每次逻辑操作前均施加80 V的复位栅压脉冲。(c) 914 nm垂直与平行偏振光照射下的AND逻辑操作演示，以I_ds作为逻辑输出，V_gs作为存储复位控制端。采用0.225 nA的阈值电流(I_th)区分逻辑状态“0”和“1”。(d) 375 nm垂直与平行偏振光照射下的OR逻辑操作演示，以Ids作为逻辑输出，采用1.25 μA的阈值电流(I_th)区分逻辑状态“0”和“1”。每次逻辑操作前均施加80 V的复位栅压脉冲。波长依赖的可重构逻辑门源于COT器件的波长依赖光电流特性。