近年来三维信息感知在机器视觉、深空成像以及医疗诊断方面具备广泛的应用前景，包含物体深度信息的三维信息感知能够更加全面地感知物体的形态与光学特征。然而三维感知系统通常需要额外集成主动式光源或者被动式多目相机，通过记录光子飞行时间或者通过结构光衍射、相位分布以及多角度反射，实现深度维度的感知与重构，这将导致成像系统面临集成复杂以及高成本制备等挑战，制约了三维成像系统的微型集成化发展。

鉴于此，中国科学院半导体研究所王丽丽研究员团队开发了一种新型极性转换异质结光电晶体管集成阵列，用于三维信息感知与重构（图1）。该光电晶体管集成阵列的基本像素单元由可重构的四端异质结和门控晶体管构成，通过异质结底部栅极调控和半导体两侧电极激活调控，该光电异质结能够实现从n型向双极型或p型的电学极性转变，并且使光电异质结具备用于静态成像的恒定响应感知以及用于动态成像的时间分辨响应增强的双功能，构成了可实施三维感知重构的器件特性与功能基础。

图1：三维感知光电异质结晶体管阵列硬件与算法架构、三维信息感知与应用验证

光电异质结晶体管阵列采用四端架构阵列设计实现动静态物体形态感知与记忆，并利用视差原理构建深度场重构方法，基于尺度不变特征转变（SIFT）的快速检测算法，对光电异质结集成阵列感知记忆的物体运动信息进行三维重构。该光电异质结晶体管集成阵列能够实现物体的多视角三维形态重构、二维深度场映射以及多视角耦合重构等功能。此外，研究团队利用该光电异质结集成系统实现对眼球形态的感知与重构，验证了该系统的三维重构功能在眼球角膜病变检测的应用可行性。

上述研究成果以“A reconfigurable heterostructure transistor array for monocular 3D parallax reconstruction”为题，发表于《自然·电子》（Nature Electronics）。半导体所博士后李哲新为论文的第一作者，半导体所娄正研究员与王丽丽研究员为论文的通讯作者。

该项工作得到了中国科学院高层次人才项目、国家自然科学基金项目、中国科学院青年创新促进会、红外物理全国重点实验室开放基金等项目资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41928-024-01261-6