隨著自動導(dǎo)引、具身智能等前沿技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器視覺對圖像采集提出了更高要求，需要精準(zhǔn)記錄靜態(tài)圖像，還要能夠靈敏捕捉場景中的動態(tài)變化。現(xiàn)有的動態(tài)與有源像素傳感器技術(shù)集成了動態(tài)事件檢測和灰度圖像采集兩種功能，但每個像素通常需要幾十個晶體管和電路元件，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功耗高、集成難度大，同時面臨高速時鐘同步等工程難題。

針對上述問題，中科院金屬研究所研究員孫東明團(tuán)隊提出了全新的“動靜雙感”電荷耦合光電晶體管。這種晶體管只需要一個器件單元，便可以同步實(shí)現(xiàn)動態(tài)與靜態(tài)圖像信息采集。相關(guān)研究成果以A charge-coupled phototransistor enabling synchronous dynamic and static image detection為題，發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。

該研究設(shè)計了“上下雙光敏電容”的柵極結(jié)構(gòu)。上層?xùn)艠O通過較厚的介電層屏蔽電子，使器件產(chǎn)生穩(wěn)定的電流變化，用于采集灰度圖像；下層?xùn)艠O通過較薄的介電層讓電子隧穿形成瞬態(tài)電流脈沖，專門用來捕捉動態(tài)事件。通過這一獨(dú)特的電荷耦合光柵機(jī)制，研究在一個晶體管內(nèi)實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)圖像與動態(tài)事件的獨(dú)立響應(yīng)。實(shí)測表明，該器件動態(tài)范圍達(dá)到120 dB、響應(yīng)速度快至15 μs、功耗僅為10 pW，僅為傳統(tǒng)動態(tài)與有源像素傳感器器件的千分之一。

上述成果降低了功耗，有助于大規(guī)模集成，并從根本上解決了高速時鐘同步難題。同時，這一發(fā)明可以用二維材料制造也可以采用一維的碳納米管制造，具備良好的材料普適性。

電荷耦合光電晶體管結(jié)構(gòu)與表征

研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、中國科學(xué)院相關(guān)項(xiàng)目等的支持。