武汉大学 / Advanced Functional Materials多级非易失双极光电晶体管用于动态感知识别

期刊 / 时间：

Advanced Functional Materials，2026 年 6 月，文章编号 e75997 

研究单位：

武汉大学人工微纳结构教育部重点实验室/物理科学与技术学院；武汉量子技术研究院

作者：

Jiahui Ding、Lei Yin、Ximeng Peng、Yuchen Cai、Tu Zhao、Yao Wen、Ruiqing Cheng、Sheng Chang、Jun He 

论文标题：

Multi-Level Non-Volatile Bipolar Optoelectronic Transistor for Dynamic Perception and Recognition

关键词：

2D heterojunctions；bipolar photoresponse；intelligent driving systems；motion detection and pattern recognition；non-volatile multistates

DOI：

https://doi.org/10.1002/adfm.75997

提出一种可重构二维异质结光电晶体管，器件由 MoTe₂/Al₂O₃/WSe₂/h-BN 构成，可在同一结构内完成光感知、非易失存储和视觉信息预处理。

渐进式光响应带来多级存储能力：PPC 可实现 263 个状态（超过 8 bit），NPC 可实现 144 个状态（超过 7 bit），并可直接映射到卷积神经网络进行运动模式识别。 nm 的 Bi 接触器件在 1 V 下达 1.3 mA μm⁻¹。

智能驾驶和机器人视觉需要在复杂场景中快速判断哪些目标正在移动、目标朝哪个方向运动，以及是否会影响后续决策。传统机器视觉通常依赖 CMOS 图像传感器采集图像，再将数据传输到存储器和处理器中完成计算。这种“感知-存储-计算”分离的架构会带来大量冗余数据搬运，在低延迟和低功耗场景下并不理想。

二维材料异质结构的优势在于界面可设计、带隙可调、光电耦合强，并且可以通过范德华堆叠形成传统体材料难以实现的能带关系。如果器件本身能够直接产生可存储、可调控、可计算的光响应，就有机会把一部分图像预处理前移到传感端。本文关注的不是单纯提高探测灵敏度，而是让光电晶体管具备类似视觉系统的动态感知能力：静态背景被压低，运动信息被突出，并以多级非易失电导状态保留下来。

研究团队构建了 MoTe₂/Al₂O₃/WSe₂/h-BN 垂直异质结。WSe₂ 与 MoTe₂ 作为主要二维半导体层，Al₂O₃ 介质层承担隧穿/阻挡与电荷存储调控作用，h-BN 提供界面保护。该结构工作在顶浮栅配置下，光照可调制并存储界面电荷，从而在关光后仍保持稳定的光电流状态。

器件最关键的特征是“双极非易失光响应”。在不同偏置和栅压条件下，同一器件可输出正光电导或负光电导；两类响应都不是瞬时消失，而是以非易失状态保存。由于两帧图像之间的亮度变化可以被映射为正负光电导矩阵，器件能够用硬件方式完成帧间差分，从而突出移动物体。

在存储能力方面，论文展示了渐进式、多级光响应。PPC 状态数超过 8 bit，NPC 状态数超过 7 bit，且在循环切换和多级保持测试中表现出较好的稳定性。最后，研究团队将这种多级响应接入卷积神经网络，用于运动模式识别。整体思路是：前端器件先完成动态视觉预处理，后端网络再做分类判断，降低无效背景信息对计算系统的负担。