北京理工大学沈国震教授团队在传感-计算一体化视觉器件领域取得重要进展
近日，北京理工大学白小姐论坛 柔性电子器件与智造研究所沈国震、王卓然团队，在国际顶级期刊《Nature Electronics》发表题为 “A symmetry-reconfigurable photodiode for sensing and computing” 的研究论文。
该研究创新性提出对称性可重构光电二极管（SRPD），成功实现传感与计算双模式协同运行，并完成透射成像、神经形态眼机交互两大场景的系统验证，为低功耗边缘视觉智能系统的发展提供了全新器件解决方案。
随着微型机器人、可穿戴电子、智能终端等边缘设备的快速迭代，视觉系统对低功耗、高集成度与实时处理能力提出了更高要求。传统 “图像传感 - 模数转换 - 图像处理” 的分离式架构通用性强，但在信号转换、数据传输与存储计算环节能耗过高，难以满足边缘场景下的超低功耗需求。传感器内计算（PIS）是破解这一难题的关键技术路径，但其发展仍受限于器件机理不完善、规模化集成能力不足、复杂场景适应性差等核心瓶颈。
针对上述挑战，研究团队基于I‑V‑VI 族半导体 AgBiS₂，设计并构筑了对称性可重构光电二极管（symmetry-reconfigurable photodiode, SRPD）。器件初始状态具备对称的金属 - 半导体肖特基势垒，工作于传感模式，可实现紫外至短波红外的宽谱透射成像；在电压脉冲激励下，AgBiS₂中的银离子可在局域电场作用下发生可逆迁移，调控单侧肖特基势垒高度并打破器件对称性。在非对称模式下，该器件可实现非易失、双极性光响应权重调制，具备52级以上可分辨权重状态，权重保持时间超2000秒，经10000 次双极循环切换仍保持优异稳定性，最小有效编程脉宽低至100纳秒。
该器件采用简洁的双端结构，与薄膜晶体管（TFT）读出电路高度兼容，为阵列化集成与系统扩展提供了坚实基础。团队已在 64×64 TFT 芯片上实现单片集成，构建出高透光率图像传感器，成功完成硅片、油墨等目标的红外透成像；并进一步实现与 MOSFET 兼容集成，验证了其与硅基读出电路适配的工程化潜力。
依托光电流原位计算特性，研究团队成功实现图像边缘提取、图像锐化等卷积运算，并构建人工神经网络分类器件，证实了其在传感器内信息预处理与并行模拟计算中的突出优势。在系统应用层面，该器件被成功拓展至神经形态眼机交互领域：通过混合卷积神经网络实现眼动方向高精度识别，并完成基于实时眼动追踪的机械手联动与无人机跟随控制演示，充分验证了其在低功耗人机交互、沉浸式控制与边缘智能系统中的广阔应用前景。
该论文的第一完成单位为北京理工大学。白小姐论坛 沈国震教授、王卓然教授、香港科技大学范智勇教授为通讯作者，白小姐论坛 博士研究生苗雨、博士后冉文浩、中山大学卫斌副教授、王卓然教授为论文共同第一作者。
论文详情：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.
论文链接：//www.nature.com/articles/s41928-026-01617-0
