在国家自然科学基金项目（批准号：62322410，T2527901）等资助下，中国科学技术大学孙海定教授团队联合武汉大学刘胜教授、加拿大麦吉尔大学赵松睿教授、澳大利亚国立大学傅岚教授、浙江大学杨宗银教授、剑桥大学Tawfique Hasan教授，在感存算一体光电二极管研究方面取得进展。研究成果以“集光传感、存储和处理功能于一体的二极管及其类脑视觉传感器（A single diode with integrated photosensing, memory and processing for neuromorphic image sensors ）”为题，于2026年3月20日发表于《自然·电子学》(Nature Electronics) 上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41928-026-01588-2。

图 具有感存算三合一功能的光电二极管器件性能及其在视觉相机中的应用：（a）感存算集成二极管器件及其阵列；（b）偏压调控下三种能带结构及对应的图像感知（c）、图像降噪（d）和图像分类（e）性能展示；（f）基于该感存算集成二极管器件的智能感知芯片与相机

　　传统光电成像系统主要通过集成光电传感单元（如光电二极管）与晶体管开关等外部逻辑电路，实现复杂视觉成像功能（例如基于 CMOS/CCD架构的传统视觉相机）。上述感、存、算分离的冯·诺依曼架构不仅大幅增加了系统硬件架构的复杂性，还带来了面积增大、功耗增加等问题。而人工智能和机器人时代的到来，对处理复杂光电信号的系统提出了更高要求。如何在不引入复杂器件结构、多种材料、不同电路模块的前提下，在单个二极管中自然集成多重功能，大幅简化硬件成本与开支，是当前类脑计算、类脑视觉和智能传感面临的重大技术挑战。

　　为克服因器件或电路复杂架构带来的性能桎梏，联合研究团队成功研制出一种集感存算“三合一”多功能一体的氮化镓基（GaN）光电二极管架构，并由此构建规模化二极管阵列，开发出一款新型低功耗类脑视觉相机。该团队提出了一种新的PN结能带设计策略，通过在PN结中引入电荷存储层结构（图a），赋予了器件在传统光生载流子生成与传输之外的“电荷捕获与释放”能力，突破了传统二极管仅具备“单向导电”功能的半导体物理限制，使二极管能够通过简单的外部偏压调控而无需改变器件结构，就可展现出三种独立且可自由切换的工作模式。该新器件无需额外电路即可在单个器件层面实现电压可调的光传感、光突触与光存储功能（图b-e），实现集“感存算一体”智能光电二极管，研究团队并以此构建了具备图像降噪与分类识别能力的高效、低功耗边缘计算视觉相机（图f）。测试结果表明，相较于降噪前低于 60% 的图像识别率，该系统在降噪后的图像识别准确率显著提升并超过 95%。

　　该工作提出并验证了一种基于传统PN结二极管结构的超紧凑、多功能、低功耗前沿光电感知器件新范式，打破了传统成像相机中每个像素点上感、存、算完全分离的成像架构壁垒，为解决传统视觉传感器或相机的高功耗与数据延迟问题提供了新的思路，也为下一代大规模、低功耗、高能效的边缘计算视觉终端、类脑计算芯片及智能机器视觉系统的研发提供了具有潜力的硬件解决方案。