1 工作简介

         ——具有类视网膜时间动力学行为的有机事件传感器

机器视觉芯片在自动驾驶、工业检测和无人系统等关键场景中面临极端光照、多源噪声和高数据冗余等挑战，而传统CMOS架构由于动态范围受限、像素电路复杂、填充因子偏低，难以兼顾高性能与高集成度。为解决这一瓶颈，中国科学院大学黄辉教授团队与佐治亚理工学院 Antonio Facchetti 教授团队合作，提出了一种基于有机半导体材料的离子–电子耦合事件传感器，为突破传统硅基视觉传感器在动态范围、数据效率和像素集成度方面的瓶颈提供了新的解决方案，在保持结构简洁的同时提升了器件性能与可集成性。

该研究基于有机半导体给受体异质结、多孔离子储存层和垂直肖特基异质结的协同作用，实现了光响应、亮度自适应、噪声滤波和事件编码等功能的统一。光生载流子在有机异质结中分离，通过影响界面电势触发事件信号；多孔离子层的缓慢动力学调节内建电场，使器件具备亮度适应与负反馈行为；离子–电子双时间常数形成带通滤波特性，可抑制常见频闪噪声；垂直结构缩短载流子传输路径，提高响应带宽并降低噪声。这些机制以材料特性为基础，使复杂神经形态功能无需依赖额外电路模块即可在单一二极管架构中实现，显著提升了像素填充因子和阵列扩展潜力。

通过上述材料与器件设计，实验获得了超过200 dB的超宽动态范围，在高低照度强变化环境下保持稳定事件输出，同时在人工光源常见的背景闪烁噪声场景中表现出明显的本征抑制效果。在相同动态场景下，该器件输出的数据量较主流水平显著减少，有助于降低视觉系统的后端数据处理压力。简化的垂直结构使像素填充因子达到81%，突破了传统事件相机受电路布局限制难以提升的瓶颈，为进一步的高密度阵列构建提供可能。

这一材料驱动的器件级创新路线为实现高动态范围、低噪声、高填充因子的视觉传感器提供了新的技术路径，对自动化检测、机器人视觉和复杂光照环境下的智能感知具有潜在应用价值。该成果展示出在半导体材料工程、器件结构设计和仿生视觉功能集成方面的综合进展，为发展低功耗、高性能的事件驱动视觉传感器提供了重要基础。

本工作以“Event-driven retinomorphic photodiode with bio-plausible temporal dynamics”为题目，发表在《Nature Nanotechnology》期刊。林琪杰为第一作者，Antonio Facchetti教授和黄辉教授为通讯作者。作者感谢中国国家重点研发计划（2024YFB3614300）、中国科学院战略性先导科技专项（XDB0520103）、国家自然科学基金（52120105006、52450063、52403255）、中央高校基本科研业务费以及中国科学院大学的资助。

2 主要作者简介

第一作者

林琪杰，中国科学院大学中丹学院2020级博士生。

曾获中国科学院院长奖、中国科学院大学三好学生、优秀共青团干部等荣誉奖励。目前共发表SCI论文18篇，他引超过500次，其中以第一/共同第一作者身份在Nat. Nanotechnol.、Angew. Chem. Inter. Ed.等期刊发表SCI论文3篇。

通讯作者

黄辉，天津大学/中国科学院大学教授，博士生导师，2019年获国家杰出青年科学基金资助。

主要从事有机/高分子半导体材料的合成和应用研究，迄今发表高水平学术论文140余篇，其中包括：Nat. Mater.、Nat. Chem.、Nat. Nanotechnol.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等国内外顶尖学术刊物。目前任中国化学会副秘书长、高分子学科委员会委员、分子聚集发光委员会委员、 InfoMat、Sci. China Chem.编委等。先后获得多项奖励与荣誉，包括中国化学会-巴斯夫公司青年知识创新奖、中国科学院朱李月华优秀教师奖、中国科学院优秀导师奖等。

通讯作者

Antonio Facchetti，美国工程院院士，佐治亚理工学院Hightower讲席教授，Flexterra公司联合创始人兼首席技术官。

主要从事有机与混合光电材料、半导体器件及生物电子学研究，在相关领域取得国际领先成果。其研究在有机半导体材料设计、器件物理机制及功能器件集成等方面具有重要影响，为柔性电子、光电器件及神经形态电子学的发展提供了关键技术基础和理论支撑，多次发表于Nature、Science等顶级期刊，累计发表论文超600篇，拥有120余项专利。

3 原文传递

https://doi.org/10.1038/s41565-025-01973-6