晶体管作为信息技术中最重要的发明之一，是半导体集成电路中的关键主动元件。进入原子尺度后，短沟道效应、量子限域效应等基本物理限制使得由摩尔定律驱动的硅晶体管演进途径快速接近终点，而以新材料、新结构和新原理为主要特征的新型电子器件技术，有望为信息技术的发展提供新途径。2015年国际半导体路线图（ITRS）指出，基于二维半导体构筑晶体管将为后摩尔时代信息产业的发展带来新的机遇。相较硅材料，二维材料原子级厚度能够实现更强的栅控能力，显著削弱短沟道效应的影响；其表面平整无悬挂键，能够显著降低其中载流子散射；材料间以范德华力接触，便于垂直方向异质集成，实现多功能应用；并且具备良好的机械柔韧性，契合半导体光电器件未来发展方向。基于二维半导体的新原理器件有望成为后摩尔时代信息器件发展的变革性技术候选之一。然而，二维半导体电子、光电子器件存在以下三个关键科学问题：

（一）异质集成过程中的表/界面调控：二维半导体比表面积大、表面活性高，传统介质工艺难以实现均匀、大面积、高质量薄膜及界面，造成二维半导体与不同功能材料间的界面失配、功能失配和能带失配等难题；

（二）二维光电器件中光电导增益机制：半导体材料由宏观尺寸过渡至原子级尺寸后，超薄极限厚度导致二维半导体光捕获能力不足，且其激子在室温下的结合能很高，自身又缺乏响应频谱可调谐能力，这些因素极大限制了此类材料的光响应能力；

（三）解决冯∙诺伊曼能效瓶颈问题的感存算融合新架构：目前的机器视觉系统普遍采用感存算分离架构，其中大量图像数据远距离传输会导致高功耗和高延时，而感近存算架构通过将传感元件集成到处理单元中，能够提高系统的能效和实时性，但存在传感器占用面积小和分辨率低的问题。
针对以上科学问题，项目主要研究内容包括：构建了范德华栅极异质界面，抑制了缺陷态对沟道层的不利影响；提出局域场调控新原理，攻克极弱光条件下单原子层材料高频、宽波段、高灵敏响应难题；开发新型光敏离子栅结构，解决仿视网膜视觉感知系统中正负权重更新所需的突触可塑性调制问题。