Tunable Bipolar Photothermoelectric Response from Mott Activation for In‐Sensor Image Preprocessing

材料科学 响应度 光电子学 光电二极管 图像传感器 光电流 计算机科学 光电探测器 人工智能
作者
Bowen Li,Ning Lin,Zhaowu Wang,Zhaowu Wang,Baojie Chen,Changyong Lan,Xiaocui Li,You Meng,Weijun Wang,Mingqi Ding,Pengshan Xie,Yuxuan Zhang,Zenghui Wu,Dengji Li,Fu‐Rong Chen,Chi Hou Chan,Zhongrui Wang,Zhongrui Wang,Johnny C. Ho
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (27): e2502915-e2502915 被引量:12
标识
DOI:10.1002/adma.202502915
摘要

In-sensor image preprocessing, a subset of edge computing, offers a solution to mitigate frequent analog-digital conversions and the von Neumann bottleneck in conventional digital hardware. However, an efficient in-sensor device array with large-scale integration capability for high-density and low-power sensory processing is still lacking and highly desirable. This work introduces an adjustable broadband photothermoelectric detector based on a phase-change vanadium dioxide thin-film transistor. This transistor employs a vanadium dioxide/gallium nitride three-terminal structure with a gate-tunable phase transition at the gate-source junctions. This design allows for modulable photothermoelectric responsivities and alteration of the short-circuit photocurrent's polarities. The devices exhibit linear gate dependence for the broadband photoresponse and linear light-intensity dependence for both positive and negative photoresponsivities. The device's energy consumption is as low as 8 pJ per spike, which is one order of magnitude lower than that of previous Mott materials-based in-sensor preprocessing devices. A wafer-scale bipolar phototransistor array has also been fabricated by standard micro-/nano-fabrication techniques, exhibiting excellent stability and endurance (over 5000 cycles). More importantly, an integrated in-sensor convolutional network is successfully designed for simultaneous broadband image classification, medical image denoising, and retinal vessel segmentation, delivering exceptional performance and paving the way for future smart edge sensors.
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