在脊椎动物中，光感细胞（如视杆细胞和视锥细胞）通过光照引发的超极化响应来调节视觉系统的能量消耗，这种特性极大地提升了生物视觉的能效。然而，半导体材料通常表现出光导效应，使得模仿这种生物响应变得复杂，尤其是要在光照下实现“负光电导”特性。传统的2D材料和复杂结构，如范德华异质结等，虽然可以展现部分超极化行为，但制造和集成的难度较大，难以规模化应用。本研究创新性地利用氧化铪（HfO₂）这一常见的过渡金属氧化物材料，开发出一种超薄（5 nm）光感细胞仿生传感器。该传感器基于CMOS兼容的制造工艺，不仅展示了负光电导特性，还具备光适应能力和抗噪声能力，为动态视觉应用提供了新的可能性。

本研究首次展示了一种基于超薄氧化铪层（5纳米）的仿生光感细胞传感器。通过对氧化铪中的缺陷进行电应力诱导，该传感器能够在光照下实现负光电导响应，表现出类似于生物光感细胞的“超极化”行为。这种新型传感器在不同光强下具有高度的自适应能力，能够根据光照变化自动调节其敏感度，从而避免过度刺激，这为机器视觉、尤其是动态视觉应用中的能效提升提供了重要基础。此外，研究人员将该传感器整合到动态视觉传感器（DMV）系统中，证明了其在视频流处理、光记忆、快速感光调整等应用中的巨大潜力。在实验中，该传感器在光适应性测试中达到了94.4%的准确率，在人体动作识别任务中取得了96%的高准确率，即使在高噪声条件下，仍能保持出色的表现。

南洋理工大学Ang Diing Shenp教授课题组长期从事场效应半导体器件可靠性的基础研究。近期专注于过渡金属氧化物、硫化物用于阻性存储器的研究，在高性能存储器件、仿生光感细胞传感器件以及神经形态计算器件等方面取得了若干创新性成果。课题组长期招收博士生、博士后，网站：https://ndl-ntu.github.io，联系方式：edsang@ntu.edu.sg.。

李珈毅（第一作者兼通讯作者）：南洋理工大学博士研究生，课题方向为视网膜形态半导体器件与高性能存储器件的制备与研究，联系方式：jiayi004@e.ntu.edu.sg。

Li J, Guo Y, Ju X, et al. Hyperpolarizing photoreceptor inspired biomimetic energy-saving sensor for dynamic machine vision. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907057.