【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，北京理工大學(xué)集成電路與電子學(xué)院柔性電子器件與智造研究所沈國(guó)震、王卓然團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際頂級(jí)期刊《Nature Electronics》發(fā)表題為“A symmetry-reconfigurable photodiode for sensing and computing”的研究論文。
 

　　該研究創(chuàng)新性提出對(duì)稱性可重構(gòu)光電二極管(SRPD)，成功實(shí)現(xiàn)傳感與計(jì)算雙模式協(xié)同運(yùn)行，并完成透射成像、神經(jīng)形態(tài)眼機(jī)交互兩大場(chǎng)景的系統(tǒng)驗(yàn)證，為低功耗邊緣視覺(jué)智能系統(tǒng)的發(fā)展提供了全新器件解決方案。
 

　　隨著微型機(jī)器人、可穿戴電子、智能終端等邊緣設(shè)備的快速迭代，視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)低功耗、高集成度與實(shí)時(shí)處理能力提出了更高要求。傳統(tǒng) “圖像傳感 - 模數(shù)轉(zhuǎn)換 - 圖像處理” 的分離式架構(gòu)通用性強(qiáng)，但在信號(hào)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)計(jì)算環(huán)節(jié)能耗過(guò)高，難以滿足邊緣場(chǎng)景下的超低功耗需求。傳感器內(nèi)計(jì)算(PIS)是破解這一難題的關(guān)鍵技術(shù)路徑，但其發(fā)展仍受限于器件機(jī)理不完善、規(guī)?；赡芰Σ蛔恪?fù)雜場(chǎng)景適應(yīng)性差等核心瓶頸。
 

　　針對(duì)上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)基于I?V?VI 族半導(dǎo)體 AgBiS?，設(shè)計(jì)并構(gòu)筑了對(duì)稱性可重構(gòu)光電二極管(symmetry-reconfigurable photodiode, SRPD)。器件初始狀態(tài)具備對(duì)稱的金屬 - 半導(dǎo)體肖特基勢(shì)壘，工作于傳感模式，可實(shí)現(xiàn)紫外至短波紅外的寬譜透射成像；在電壓脈沖激勵(lì)下，AgBiS?中的銀離子可在局域電場(chǎng)作用下發(fā)生可逆遷移，調(diào)控單側(cè)肖特基勢(shì)壘高度并打破器件對(duì)稱性。在非對(duì)稱模式下，該器件可實(shí)現(xiàn)非易失、雙極性光響應(yīng)權(quán)重調(diào)制，具備52級(jí)以上可分辨權(quán)重狀態(tài)，權(quán)重保持時(shí)間超2000秒，經(jīng)10000 次雙極循環(huán)切換仍保持優(yōu)異穩(wěn)定性，最小有效編程脈寬低至100納秒。
 

　　該器件采用簡(jiǎn)潔的雙端結(jié)構(gòu)，與薄膜晶體管(TFT)讀出電路高度兼容，為陣列化集成與系統(tǒng)擴(kuò)展提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。團(tuán)隊(duì)已在 64×64 TFT 芯片上實(shí)現(xiàn)單片集成，構(gòu)建出高透光率圖像傳感器，成功完成硅片、油墨等目標(biāo)的紅外透成像；并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)與 MOSFET 兼容集成，驗(yàn)證了其與硅基讀出電路適配的工程化潛力。
 

　　依托光電流原位計(jì)算特性，研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)圖像邊緣提取、圖像銳化等卷積運(yùn)算，并構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器件，證實(shí)了其在傳感器內(nèi)信息預(yù)處理與并行模擬計(jì)算中的突出優(yōu)勢(shì)。在系統(tǒng)應(yīng)用層面，該器件被成功拓展至神經(jīng)形態(tài)眼機(jī)交互領(lǐng)域：通過(guò)混合卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)眼動(dòng)方向高精度識(shí)別，并完成基于實(shí)時(shí)眼動(dòng)追蹤的機(jī)械手聯(lián)動(dòng)與無(wú)人機(jī)跟隨控制演示，充分驗(yàn)證了其在低功耗人機(jī)交互、沉浸式控制與邊緣智能系統(tǒng)中的廣闊應(yīng)用前景。
 

　　該論文的第一完成單位為北京理工大學(xué)。集成電路與電子學(xué)院沈國(guó)震教授、王卓然教授、香港科技大學(xué)范智勇教授為通訊作者，集成電路與電子學(xué)院博士研究生苗雨、博士后冉文浩、中山大學(xué)衛(wèi)斌副教授、王卓然教授為論文共同第一作者。
 

　　論文詳情：Yu Miao+, Wenhao Ran+, Bin Wei+, Zhuoran Wang+*, Shukun Li, Qingting Ding, Xiujie Gao, Zinan Zhang, Chengyou Wang, Shengqiang Zhang, Guozhen Shen*, Zhiyong Fan*. A symmetry-reconfigurable photodiode for sensing and computing. Nature Electronics, 2026. DOI: 10.1038/s41928-026-01617-0.
 

　　引用：北理工團(tuán)隊(duì)在傳感-計(jì)算一體化視覺(jué)器件領(lǐng)域取得重要進(jìn)展 北京理工大學(xué) 【引用時(shí)間：2026年5月9日】