美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)科學(xué)家研制出一款緊湊型芯片，它能從環(huán)境光中捕集能量，驅(qū)動(dòng)片上計(jì)算，并同步感知周圍化學(xué)物質(zhì)。這款芯片有望帶來(lái)不用充電的設(shè)備，即便身處無(wú)法更換電池，也無(wú)電源插座的環(huán)境，依然能持續(xù)不斷地工作，可在環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療保健等領(lǐng)域大顯身手。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《自然·電子學(xué)》雜志。

　　目前，筆記本電腦、智能手機(jī)和智能手表等便攜電子產(chǎn)品大多依賴電池，需要充電。而許多未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計(jì)算系統(tǒng)需部署在偏遠(yuǎn)或難以觸及之地，更換電池極不現(xiàn)實(shí)。而團(tuán)隊(duì)最新研制出的緊湊集成芯片，融捕能、計(jì)算和傳感于“一身”。

　　該芯片融合了基于二硫化鉬和硒化鎢的兩種不同類型晶體管、硅光伏模塊以及石墨烯傳感器。芯片由3層材料垂直堆疊而成：底層為硅光伏模塊，從環(huán)境光中捕集能量；中間層是由二硫化鉬晶體管和硒化鎢晶體管構(gòu)建的低功耗邏輯電路；頂層則是石墨烯基化學(xué)傳感器。

　　當(dāng)液體被置于石墨烯傳感器上時(shí)，會(huì)改變?cè)搶拥碾婍憫?yīng)。產(chǎn)生的電信號(hào)沿垂直互聯(lián)線路向下傳輸至中間邏輯層，在那里被轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼。至關(guān)重要的是，整個(gè)過(guò)程由同一芯片上的光采集層供電，完全無(wú)需外接電源。

　　研究證明，硅、石墨烯、二硫化鉬和硒化鎢可在單一芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)三維集成，構(gòu)建自供電的傳感與計(jì)算系統(tǒng)。該芯片是迄今已知最緊湊的光驅(qū)芯片之一，層間間距僅50納米。未來(lái)，這一間距有望進(jìn)一步縮小，從而催生更微小的環(huán)境光驅(qū)器件。

　　團(tuán)隊(duì)希望讓這些系統(tǒng)更復(fù)雜、更可擴(kuò)展、更實(shí)用，包括集成更大規(guī)模的電路、拓展傳感器種類、改進(jìn)光伏與儲(chǔ)能組件，并最終融入低功耗無(wú)線通信。另一個(gè)重要方向是提升可靠性與可制造性，讓二維材料與傳統(tǒng)材料的單片三維集成更貼近現(xiàn)實(shí)世界的邊緣計(jì)算系統(tǒng)。（記者劉霞）

　　(責(zé)編：薛瑞、孫競(jìng))