Opto-Electrical Decoupling of Phototransistors via Light-Induced Ferroelectric Depolarization for In-Sensor Computing

解耦(概率) 去极化 铁电性 材料科学 光电子学 电介质 医学 工程类 控制工程 内分泌学
作者
Guangcheng Wu,Fenghao Yu,Jiali Yi,Huawei Liu,Xiulian Fan,Cheng Li,Chenguang Zhu,Xingxia Sun,Yong Liu,Shuai Qin,Tanghao Xie,Shengman Li,Yu Zhou,Dong Li,Anlian Pan
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (22): 20980-20990 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c04090
摘要

Highly sensitive sensors are critical for in-sensor computing, an ultrafast and low-power machine vision technology. However, capturing sharp images without motion blur in low-light and high-speed situations remains challenging due to weak photoresponse. Here, we present a heterostructure ferroelectric phototransistor leveraging opto-electrical decoupling for fast perception and in-sensor computing. The channel is preprogrammed to a low-resistance state via ferroelectric polarization, while light modulates the drain current through light-induced ferroelectric depolarization. This mechanism enables a record-high MoTe 2 -based photoresponsivity of 3.05×10 4 A/W by optimizing the balance between depolarization and screening fields. The sensors can perceive light pulses as short as 200 μs, achieving an operating frequency of 5 kHz and an energy consumption of 74 fJ. Utilizing a light-programmable neutral point, a 3 × 3 sensor array was developed as the optical kernel for scene-specific in-sensor computing, achieving a license plate recognition accuracy of 92.4% with significantly reduced motion blur. These results demonstrate the potential of this technology for high-speed, low-light machine vision applications.
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