中国科学院“动静双感”光电晶体管研发成功

中国科学院金属研究所孙东明研究员团队研发成功新型“动静双感”光电晶体管，该成果发表于《先进材料》期刊。该晶体管采用独特的“上下双光敏电容”栅极结构，仅需一个器件单元即可同步采集动态和静态图像信息，动态范围达120 dB，响应速度快至15 μs，功耗仅为10 pW，远低于传统技术。这项突破性技术解决了现有动态与有源像素传感器结构复杂、功耗高、集成难度大等难题，并具有良好的材料普适性，为机器视觉、自动导引和具身智能等领域的发展提供了重要支撑。

随着自动导引和具身智能等前沿技术的进步，机器视觉对图像采集的要求不断提高，不仅需要精确记录静态图像，还需灵活捕捉动态变化。现有的动态与有源像素传感器技术虽然集成了动态事件检测和灰度图像采集，但每个像素通常需要数十个晶体管和电路元件，导致结构复杂、功耗高、集成难度大，并且面临高速时钟同步等工程挑战。

针对这些问题，中国科学院金属研究所的孙东明研究员团队开发了一种全新的“动静双感”电荷耦合光电晶体管。这种创新的晶体管仅需一个器件单元，即可同步进行动态与静态图像信息的采集。

该研究设计了“上下双光敏电容”的栅极结构。上层栅极通过较厚的介电层屏蔽电子，产生稳定的电流变化，用于灰度图像的采集；下层栅极通过较薄的介电层让电子隧穿形成瞬态电流脉冲，专门用于动态事件的捕捉。通过这一独特的电荷耦合光栅机制，研究在一个晶体管内实现了静态图像与动态事件的独立响应。实测结果显示，该器件的动态范围达到120 dB，响应速度快至15 μs，功耗仅为10 pW，仅为传统动态与有源像素传感器的千分之一。

这一成果大幅降低了功耗，促进了大规模集成，并从根本上解决了高速时钟同步难题。此外，该发明可以使用二维材料或一维碳纳米管制造，具有良好的材料普适性。

4月14日，相关研究成果以《A charge-coupled phototransistor enabling synchronous dynamic and static image detection》为题，发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国科学院相关项目的支持。

电荷耦合光电晶体管结构与表征

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