中科院金属所新型光电晶体管突破低对比度目标识别瓶颈

随着智能安防、精密制导、工业检测等领域的技术迭代，复杂光照环境下低对比度目标的精准探测成为制约行业发展的关键瓶颈。近日，从中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心获悉，该所从人眼视觉适应机制中汲取灵感，成功研发出仿生可调灵敏度光电晶体管，为该领域突破提供了全新技术方案，相关成果发表于Nature旗下国际光学期刊Light: Science & Applications。

人类视觉系统的高效感知能力，源于视锥细胞与视杆细胞的协同作用及感光蛋白的动态调节机制。视锥细胞负责强光环境下的高分辨率色彩感知，视杆细胞专精于弱光环境的黑白成像，通过灵敏度的自适应调整，人眼可在星光至阳光的极大亮度范围内精准捕捉低对比度细节。团队正是基于这一生物机制，创新设计了具有自适应光响应特性的栅极光敏结构，构建起仿生光电晶体管的核心架构。

该器件的核心创新点在于栅极集成的“智能光圈”——由氧等离子体处理的二硫化钼（MoS₂）与本征MoS₂构建的光电二极管。这种特殊的二硫化钼异质结构导电性能可随光照强度自适应变化，能够动态重构栅极电压在二极管与栅介质间的分配关系，实现对特定光强区间电学响应的精准放大。通过调节工作电压，科研人员可灵活设定器件的高灵敏度响应窗口，使器件仅对目标光强范围内的微弱变化产生显著电信号输出，同时有效抑制背景强光与噪声干扰，实现类似人眼“按需聚焦”的感知模式。

实验数据验证了该器件的性能优势：在低对比度目标探测场景中，其灵敏度较传统光电探测器提升超过三个数量级，动态响应速度与抗噪声能力均实现突破性提升。即使在强烈杂乱光照干扰下，器件仍能稳定提取目标关键特征，展现出优异的探测鲁棒性。与传统器件固定灵敏度的工作模式不同，该仿生光电晶体管的可调灵敏度特性使其可适配不同光照环境的探测需求，大幅拓展了应用场景的兼容性。此外，器件采用的MoS₂与石墨等材料体系具备良好的集成兼容性，未来有望与硅基工艺结合，为大规模阵列集成奠定基础。

从行业应用价值来看，该技术方案为实验室精密检测、工业缺陷识别、安防预警等领域提供了高效紧凑的探测解决方案。在工业生产线上，可实现复杂光照下微小缺陷的实时精准检测，提升产品质检效率；在安防监控领域，能突破恶劣天气与低光环境的限制，强化对潜在目标的识别能力；在科研探测场景中，为弱信号检测、低对比度样品分析等提供了高灵敏工具。团队表示，该研究不仅解决了低对比度目标探测的技术难题，更构建了仿生感知与光电器件融合的创新路径，为智能感知器件的发展提供了新方向。

该成果得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等多个项目资助。研究团队后续将持续推进器件与硅基工艺的集成优化，探索千 万级像素高密度集成方案，进一步释放技术在智能机器视觉系统中的应用潜力。