复旦大学教授张荣君团队通过能带工程与界面设计，在单一范德华异质结器件中集成了栅极可编程整流、自供电宽谱探测与极性可重构光电流等功能，为开发超越传统架构的多功能、低功耗光电集成系统提供了新思路。7月31日，相关研究成果发表于《先进功能材料》。

兼具可编程光响应与自供能特性的多功能光电子器件，是下一代集成电子及智能传感系统的理想候选方案。然而，传统异质结构通常仅具备固定、单一的界面势垒，导致功能多样性与可调性受限。

研究团队构建了一种基于垂直堆叠三硒化二铋（Bi₂Se₃）/二硒化钨（WSe₂）/二硫化钨（WS₂）范德华异质结的栅极可编程光电晶体管。该器件采用三层垂直堆叠结构，Bi₂Se₃与WS₂分别位于顶部和底部并与金电极形成漏、源接触，WSe₂作为栅敏调制层，器件因此形成了两个串联的界面势垒。

通过背栅电压调制，器件内部能带可发生重构，表现出双导电峰的反双极性转移特性，并呈现出四个不同的整流区间，其中两个栅极选通的强整流区整流比最高可达10⁴。测试结果显示，该器件展现出优异的光电性能，包括高响应度、高比探测率、高外量子效率及微秒级响应速度，且在零偏压下即可工作。

Bi ₂Se ₃/WSe ₂/WS ₂范德华异质结器件示意图及栅极调制的反双极性输运与整流切换。研究团队供图，下图

进一步地，研究团队演示了栅极可编程的光电流极性反转现象及多逻辑态光电编码，成功将光信号编码为ASCII码并解码出字母。此外，研究团队利用单像素扫描成像系统，展示了该器件极性编码成像的可行性。研究团队还将实验数据与卷积神经网络（CNN）结合，在MNIST手写数字识别任务中达到97%-98%的识别准确率，展现了该器件在智能光电系统中的应用潜力。

极性编码成像和神经网络辅助识别。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.77475