高灵敏视觉器件能够高精度地采集复杂暗光场景信息，通过感内计算完成自主目标识别（图1a），在智能驾驶、机器人和工业自动化等领域具有广泛的应用前景。视觉感内计算依赖有效的光-电调控，往往需要较薄的光电功能层。然而，较薄的光电功能层因其吸光能力弱，导致器件光响应度低。此外，热载流子超快弛豫造成了近30%的光电转换效率损失。近来，卤化物钙钛矿因其本征缓慢的热载流子冷却速率，被视为提升热载流子光电转换性能的潜力材料之一。但是，目前的研究仍然集中在钙钛矿材料层面，尚未在器件层面取得实质性进展。
针对这些关键问题，北京大学集成电路学院/集成电路高精尖创新中心黄如院士-贺明研究员团队结合理论计算与实验表征，首次揭示了卤化物钙钛矿三碘合铅酸甲铵（MAPbI3）和新型电子-离子氧化物半导体Bi2O2Se能级动量守恒；通过飞秒瞬态吸收光谱，成功追踪了MAPbI3/Bi2O2Se异质结界面能级动量守恒增强的光生热电子输运动力学，实现了高灵敏、宽光谱、正负双极型光电响应；在此基础上，设计构建了高灵敏视觉感内预处理器件阵列，能够在月光环境（0.1 𝜇W/cm2）展现出优异的视觉识别能力，显著提升了视觉器件全天候复杂环境下应用能力。
相关研究成果以“Ultrasensitive Dim-Light Neuromorphic Vision Sensing via Momentum Conserved Reconfigurable van der Waals Heterostructure”为题，发表在《自然-通讯》（Nature Communications, 2024, 15, 9011）。北京大学集成电路学院2019级博士生许蕾和2021级博士生刘鋆灵为共同第一作者，贺明研究员为通讯作者。研究工作得到了国家高层次人才特殊支持计划、国家自然科学基金后摩尔重大研究计划、科技部重点研发计划、高等学校学科创新引智计划等项目的资助，同时得到了微纳电子器件与集成技术全国重点实验室、集成电路高精尖创新中心、国家集成电路产教融合创新平台等基地平台支持。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-53268-4
