长春光机所黎大兵团队这次在 III 族氮化物感存算集成器件上拿到重要成果，核心思路是利用 III 族氮化物本身自带的双极性界面极化效应，搭配非对称金半接触势垒设计，把光信号感知、数据存储、逻辑计算合并在同一个器件里面，解决传统冯诺依曼架构感知、存储、计算互相分开，来回搬运数据、功耗高、速度受限的老问题，之前很多同类器件靠氧空位或者二维材料实现存储，要么灵敏度差，要么工艺不好量产，而 III 族氮化物本身有成熟外延工艺、热稳定性强、能带可调，这次直接用材料本征的极化电场完成感存算一体化，不需要额外引入大量缺陷调控，器件稳定性更好，还能和现有氮化物产线兼容，给低功耗机器视觉、紫外感知、边缘类脑硬件提供一条新的落地路线。
一、传统分立架构的痛点
- 传感、内存、计算芯片互相独立，感知到图像、紫外信号后，数据要反复传输，产生大量冗余
- 数据搬运消耗的功耗，经常比计算本身还要高，也就是大家常说的存储墙瓶颈
- 氧化物感存算器件大多依赖氧空位，强光才能触发存储，灵敏度偏低
- 二维材料体系制备难度高，大规模晶圆集成、长期可靠性不好保障
二、III 族氮化物感存算器件的核心原理
- 依靠 III 族氮化物多异质结自带的自发极化、压电极化，在界面形成可调控的极化电荷和内建电场
- 搭配非对称金半接触界面势垒设计，控制光生载流子的分离、俘获、留存过程
- 入射光完成信号感知，极化电荷状态变化实现非易失存储，不同电阻态直接完成模拟计算
- 整个过程依托材料本征极化效应，不依赖缺陷俘获，器件响应和稳定性同步提升
三、方案优势对比清单
| 对比项 | 本次 III 族氮化物界面极化方案 | 传统氧化物感存算器件 | 二维材料类脑器件 |
|---|---|---|---|
| 核心机制 | 界面极化效应 | 氧空位迁移 | 界面电荷俘获 |
| 工艺成熟度 | 氮化物外延工艺成熟，适合规模化 | 工艺成熟，但是缺陷难控 | 薄膜转移工艺复杂 |
| 工作条件 | 弱光也可实现感知存储 | 一般需要较高光功率触发 | 对界面洁净度要求极高 |
| 兼容性 | 和 GaN 功率、光电器件工艺兼容 | 和 CMOS 有一定兼容难度 | 大规模集成难度大 |
| 稳定性 | 热稳定性强，抗辐照 | 高温下缺陷容易漂移 | 容易受潮、界面退化 |
四、潜在应用方向
✅ 紫外机器视觉：紫外探测 + 图像预处理一体，适合安防、火情检测、深空探测
✅ 低功耗边缘感知节点：物联网端侧，采集信号之后本地直接运算，不用频繁上传数据
✅ 类脑视觉芯片：模拟人眼 “看到即处理” 的特性，减少数据传输开销
✅ 高可靠航天、辐照环境感知硬件：氮化物耐辐射、耐高温的特点可以发挥优势
【常见问题】
问题 1：III 族氮化物感存算集成器件，是靠什么效应实现感知存储计算一体的？
回答 1：III 族氮化物感存算集成器件主要依靠 III 族氮化物多异质结自带的双极性界面极化效应，配合非对称金半接触势垒设计，在同一个器件里同时完成光信号感知、电荷状态存储、模拟逻辑计算，摆脱了传统分开式硬件架构的限制。
问题 2：长春光机所这次 III 族氮化物感存算集成器件突破，对比其他感存算器件好在哪？
回答 2：长春光机所这次 III 族氮化物感存算集成器件突破最大优势是用材料本征极化工作，不靠氧空位等缺陷，弱光下也能响应，同时 III 族氮化物外延工艺成熟、耐高温抗辐照，更容易和现有 GaN 光电器件产线对接，量产潜力更强。
问题 3：III 族氮化物感存算集成器件什么时候可以做到芯片量产？
回答 3：目前 III 族氮化物感存算集成器件还处在实验室原理验证阶段，虽然验证了界面极化的感存算功能，后续还要解决阵列均匀性、多态调控、晶圆级良率等问题，距离 III 族氮化物感存算集成器件商用芯片还有较长的工艺迭代周期。
【参考资料】
[2026-10-28]（长春光机所在基于界面极化效应的 III 族氮化物感存算集成器件方面取得重要突破）中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
[2026-10-27]（中科院长春光机所黎大兵研究员，重磅 Nature Materials：界面极化效应赋能的 III 族氮化物感内计算器件）半导体产业网
[2024-07-19]（基于三族氮化物半导体的非易失感存算一体集成器件）科学网
[2024-01-24]（基于三族氮化物半导体的非易失感存算一体集成器件）长春光机所特种发光实验室
【免责声明】
本文为前沿科研成果科普整理，该 III 族氮化物感存算集成器件成果仍属于实验室研究阶段，不构成芯片投资、产线投入、产品选型决策建议；实验室器件性能、阵列规模和量产芯片存在差距，实际落地效果需要后续工艺和阵列验证。