基于粒子吞噬打印的软电子器件研究 学术背景 随着可穿戴设备、健康监测、医疗设备和人机交互等领域的快速发展，软电子器件（soft electronics）因其能够与生物系统无缝集成而备受关注。传统的刚性电子器件与生物组织之间存在机械性能不匹配的问题，这限制了其在生物医学领域的应用。为了解决这一问题，研究人员提出了多种策略，例如通过微结构设计（如蛇形图案和剪纸结构）赋予刚性器件宏观可拉伸性。然而，这些方法通常以牺牲电子性能为代价来换取可拉伸性。 近年来，基于聚合物电子材料的本征可拉伸器件因其高组件密度和优异的机械延展性而成为研究热点。然而，现有的材料通常需要在电子性能和可拉伸性之间进行权衡。为了克服这一挑战，研究人员尝试将功能性粒子与软聚合物结合，以创建具有类组织特性的高性能电子器件。然而，现有...

三维晶体管研究：以二维半导体材料为核心的未来CMOS技术发展 近年来，随着硅基互补金属氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS）技术接近其物理极限，下一代微电子技术的持续缩放和性能优化面临诸多挑战。如何在亚纳米尺度上维持电流开关比(on–off current ratio)、提高集成密度以及提升能效，成为学术界和工业界亟待解决的问题。本文针对这一背景，提出探索二维（2D）过渡金属二硫化物（Transition Metal Dichalcogenides, TMDs）作为后硅CMOS时代的关键导电通道材料，并通过设计新的三维（3D）晶体管架构，展示了其在延续摩尔定律（Moore’s Law）方面的巨大潜能。 研究背景与意义 CMO...

光电微波合成器——频率可调性与低相位噪声的结合 学术背景 在现代通信、导航和雷达系统中，频率可调且低噪声的微波源是至关重要的。传统的电子微波合成器虽然能够提供频率可调性，但其相位噪声较高，限制了其在精密应用中的使用。相比之下，基于光子学的微波合成器利用高光谱纯度激光和光学频率梳，能够生成极低相位噪声的微波信号。然而，光子学方法通常缺乏频率可调性，并且系统体积大、功耗高，限制了其广泛应用。 为了解决这些问题，本文提出了一种混合光电方法，结合了简化的光学频率分割（Optical Frequency Division, OFD）和直接数字合成（Direct Digital Synthesis, DDS）技术，生成了在整个X波段（8-12 GHz）内可调的低相位噪声微波信号。该研究不仅解决了传统光子...

探讨“声泡”与未来耳戴式设备：基于实时神经网络的创新研究 在日常生活中，噪声和复杂音景 (Acoustic Scene) 经常造成话语难以辨别，特别是在拥挤的环境中，例如餐厅、会议室或飞机上。传统的降噪耳机虽然能在一定程度上抑制环境噪声，但无法区分音源的距离，亦无法根据特定音源的空间位置精准塑造声场。基于此背景，来自华盛顿大学Paul G. Allen计算机科学与工程学院、微软以及AssemblyAI的团队开展了一项重要研究。他们开发了一套能够创建“声泡”（Sound Bubbles）的智能耳戴式设备，借助多通道麦克风阵列及实时嵌入式神经网络，解决了上述困境。本文发表在《Nature Electronics》2024年11月期，展示了这项研究在听觉增强领域的重要突破和技术实现。 技术背景与科...

基于多光晶体管-单忆阻器阵列的可重构传感器内处理：一种融合机器学习与类脑神经网络的新型视觉计算平台 学术背景及问题提出 人工视觉系统作为智能边缘计算的重要组成部分，长期以来受到传统基于CMOS（互补金属氧化物半导体）技术与冯·诺依曼架构的限制。这类系统的图像处理效率受制于独立的图像传感器、存储模块以及处理器之间的物理分离。这种分离导致大量数据冗余和信号处理延迟，增加了电路复杂性和功耗问题，限制了实时处理能力。在自然环境中，传统视觉系统需要完成从信号捕获到图像处理的一系列繁杂过程，但其效率有限。 近年来，传感器内计算（in-sensor computing）这一融合感知与计算的新型架构，由于其具备内存计算（in-memory computing）和神经形态特性，逐渐受到关注。在此领域，光学神经...

基于光电偏振特征向量的片上全斯托克斯偏振计研究 学术背景 光的偏振态在光学通信、生物医学诊断、遥感、宇宙学等多个领域中具有重要的应用价值。斯托克斯矢量（Stokes vector）是描述光偏振态的四个参数，能够完整地反映光的强度和偏振状态。传统的偏振计通常依赖于离散的光学元件，如棱镜、透镜、滤波器和波片等，这些元件体积庞大，限制了偏振计的小型化和广泛应用。近年来，随着纳米光子学和超表面（metasurface）技术的发展，研究人员开始探索基于超表面的紧凑型偏振计。然而，现有的超表面偏振计在红外波段的应用中面临诸多挑战，如像素对齐问题、光学串扰以及红外吸收等。 为了解决这些问题，本文提出了一种基于光电偏振特征向量（optoelectronic polarization eigenvector,...