隨著自動導引、具身智能等前沿技術的迅速發展，機器視覺對圖像采集提出了更高的要求，不僅需要精準記錄靜態圖像，還要能靈敏捕捉場景中的動態變化?，F有的動態與有源像素傳感器（DAVIS）技術雖然集成了“動態事件檢測”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，結構復雜、功耗高、集成難度大，同時也還面臨高速時鐘同步等工程難題。

為解決這一瓶頸，中國科學院金屬研究所孫東明研究員團隊提出了一種全新的“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，就能同步實現動態與靜態圖像信息的采集。相關研究成果以題為“A charge-coupled phototransistor enabling synchronous dynamic and static image detection”的論文，于4月14日發表在國際權威期刊《Advanced Materials》上。

在這項研究中，研究團隊設計了一種“上下雙光敏電容”的柵極結構，上層柵極通過較厚的介電層屏蔽電子，使器件產生穩定的電流變化，用于采集灰度圖像；下層柵極通過較薄的介電層讓電子隧穿形成瞬態電流脈沖，專門用來捕捉動態事件。通過這種獨特的電荷耦合光柵機制，研究人員首次在一個晶體管內實現了靜態圖像與動態事件的獨立響應。實測結果表明，該器件動態范圍達到120 dB、響應速度快至15 μs、功耗僅為10 pW，僅為傳統DAVIS器件的千分之一。這不僅顯著降低了功耗，還有助于大規模集成，同時也從根本上解決了高速時鐘同步難題。更值得一提的是，該發明具備良好的材料普適性，既可以用二維材料制造，也可以采用一維的碳納米管。未來，研究團隊將探索該技術與硅基工藝結合，使用32 nm先進制程，有望在1×1 c㎡的芯片上實現千萬級像素的高密度集成。

本研究由金屬所孫東明研究員、劉馳研究員和成會明院士共同指導。金屬所馮順副研究員和博士研究生韓如月為共同第一作者，山西大學韓拯教授、東北大學程同蕾教授在器件制備和性能測試方面提供了重要支持，遼寧大學賈大宇副教授開展了仿真設計工作。

該成果得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國科學院、遼寧省科技廳、金屬研究所及沈陽材料科學國家研究中心等多個項目與機構的大力資助。

電荷耦合光電晶體管結構與表征