第一作者：王政

通讯作者：王天宇，山东大学集成电路学院；孟佳琳，山东大学集成电路学院

摘要

基于正光电导和负光电导（NPC）的新兴光电子器件推动了高性能光电探测器、非易失性光电存储器和神经形态计算的发展。基于NPC效应的光电子器件凭借高带宽、低功耗和并行计算的优势，在逻辑门、传感器内计算和人工视觉系统中展现出巨大的应用潜力。本文综述了基于NPC效应器件的材料体系、器件结构及作用机制，讨论了光电特性、存储能力和突触可塑性的评估参数，以实现高效的神经形态计算。深入探讨了基于NPC效应进行传感器内计算的神经网络的硬件和软件先进架构，为未来应用提供了见解。对先进应用场景进行了深入的前景与挑战讨论，为下一代传感器内计算型光电神经形态器件提供了有价值的指导。

近日，相关综述论文以“Emerging Negative Photoconductivity Effect-based Synaptic Device for Optoelectronic In-sensor Computing”为题发表在国际著名期刊Advanced Materials上，山东大学集成电路学院王天宇研究员、孟佳琳研究员为论文共同通讯作者，王政为论文第一作者。

图文导读

本文首先回顾了NPC效应的发展历程，特别聚焦于神经形态计算领域的光电突触器件。针对下一代信息处理需求，阐述了NPC效应器件的光电特性、存储性能及突触可塑性，探讨了其在神经形态计算中的关键性能指标。基于NPC效应神经形态计算器件进行传感器内计算的神经网络的硬件和软件先进架构，团队提出涵盖柔性电子、类脑计算、光电逻辑门、编程与图像加密、图像处理、运动检测及人工视觉系统等方面的应用场景，展示了NPC效应在并行计算、低功耗、弱光环境感知等领域的独特优势。

最后，针对构建的NPC效应光电传感器内计算系统，深入讨论了基于NPC效应的神经形态器件的发展前景与潜在挑战，包括材料兼容性、器件集成度及多模态感知融合等关键问题，为该领域未来研究提供了前瞻性指导。

图 1. NPC光电探测器的典型结构与前沿应用。

图 2. NPC现象随年份的变化以及NPC光电器件发展中的重大事件。

图 3. 运动检测。

图 4. 视觉神经形态模拟。

图 5. 展望与挑战。

总结与展望

光电器件在现代科学技术中扮演着重要角色，在通信、传感、光存储、逻辑门、图像处理、运动检测、传感器内神经形态计算和人工视觉系统等领域展现出巨大的应用潜力。NPC效应作为一种特殊现象，在未来有望与PPC效应一样展现出巨大的发展潜力。具有NPC响应的新型光电探测器因其独特的 “光强-电导” 负相关性及低噪声机制，在生物传感、夜视成像等弱光应用场景中展现出独特潜力。双向光学响应的出现标志着一个时代的到来，并推动了人工视觉系统的实现。

文献信息

Z. Wang, L. Lu, J. Meng, T. Wang, Emerging Negative Photoconductivity Effect-Based Synaptic Device for Optoelectronic In-Sensor Computing. Adv. Mater. 2025, 2504710. https://doi.org/10.1002/adma.202504710

通讯作者

王天宇

研究员

山东大学集成电路学院

作者介绍：王天宇，山东大学集成电路学院研究员，博士生导师，国家集成电路创新中心顾问专家，山东省高层次人才，山东省优青，山东省泰山学者青年专家，国家博新计划。担任The Innovation 、InfoMat 、Chip、SmarBot 等期刊青年编委，发表SCI论文100余篇，申请发明专利83项, 其中第一作者/通讯作者论文47篇, 包括Nature Communications, Advanced Materials, Nano Letters, Advanced Science, Nano-Micro Letters, Angew. Chem. Int. Ed., Applied Physics Reviews, IEEE Electron Device Letters等领域内权威期刊。研究方向为柔性忆阻器件与神经网络计算、人工智能技术与类脑芯片、新型铁电材料与存储器。

孟佳琳

研究员

山东大学集成电路学院

作者介绍：孟佳琳，山东大学集成电路学院研究员，博士生导师，入选中国未来女科学家计划、上海市青年科技英才、齐鲁青年学者。担任国际期刊The Innovation 、eScience 、InfoMat 、 Research 、Chip 、 JMI 、Soft Science 、Brain-X等10余个期刊青年编委，发表SCI水平论文70余篇，申请国家发明专利92项，其中以第一作者通讯作者发表39篇，包括Nature Communications, Advanced Materials, ACS Nano, Nano Letters, Advanced Science, Nano-Micro Letters, Nano Energy, InfoMat, Advanced Electronic Materials, IEEE Electron Device Letters.等领域内顶尖期刊。研究方向为光电感存算一体神经形态器件、新型神经突触忆阻器/晶体管、柔性可穿戴电子与人工视觉系统。