机器视觉、智能感知和边缘计算等应用中，“感知—存储—计算”功能分离引发的数据传输冗余与能耗问题是当前面临的核心瓶颈；感存算集成器件通过将信号感知、信息存储与计算处理功能融合于同一器件，为构建高效、低功耗智能光电子系统提供了重要发展方向。III族氮化物半导体具有独特的非中心对称晶体结构，表现出显著的自发极化和压电极化效应，可在异质结界面形成可调控的极化电荷及内建电场，为光生载流子的输运、分离与存储提供天然的物理调控机制，如图1所示。同时，III族氮化物具有优异的热稳定性和成熟的外延生长及器件制备工艺，在高性能光电器件及规模化集成方面展现出优势。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所特种发光科学与技术全国重点实验室黎大兵研究员团队联合北京大学、华东师范大学、中国科学院上海技术物理研究所和浙江大学等单位研究团队，创新性地利用III族氮化物多异质结中内禀的双极性界面极化效应，并通过协同设计非对称金半接触界面势垒，实现光生载流子的空间分离、输运和存储行为调控，为在单一器件中融合高灵敏探测、信息存储与数据预处理功能提供了新的技术路径。相关成果以“III-nitride-based in-sensor computing enabled by interfacial polarization effects”为题发表于《自然·材料》（Nature Materials）。

不同于依靠缺陷俘获电荷的常规感存算器件实现存储的路径，异质界面的本征极化特性形成的电场能够驱动光生电子与空穴在空间上分离，减少复合损失；非对称肖特基金半接触势垒则可通过外加电压调控载流子的传输和积累，如图2所示。零偏或反偏下，载流子迅速被收集，器件表现为高速光探测器；施加正向偏压后，空穴在负极化界面积累，形成能记录光信号的存储状态。进一步改变光照强度和光脉冲次数，器件还可呈现非易失长时记忆、多级短时记忆，以及类似生物突触的“学习—遗忘—再学习”行为等，如图3所示。

得益于III族氮化物本征波长选择优势、异质界面极化效应与非对称金半接触势垒的协同调控，该器件具备显著的日盲紫外响应特性，长波截止边约为275 nm，紫外与可见光抑制比超过10³。零偏压下，器件瞬态响应上升、下降时间分别为8.35 ns和7.81 ns；在约1.6 V正向偏压下，可对低至5 nW/cm²的紫外光产生响应，响应度达10⁶ A/W量级，最大光暗电流比约为3.5×10⁶。在光存储模式下，写入后的低阻状态可保持至少120 min，并通过反向电压脉冲实现擦除；器件常温存放18个月后仍能完成10⁴次循环擦写测试。此外，研究还验证了器件在300 ℃下的工作能力，如图4所示，体现出III族氮化物体系的可靠性和极端环境应用方面的潜力。

应用验证中，团队利用日盲紫外非视距光通信演示系统，通过摩尔斯编码光脉冲完成信息的传输与解码；依托器件的36级电导状态开展卷积神经网络量化仿真，在Fashion-MNIST服饰图像数据集上获得91.88%的测试准确率，与全精度模型仅相差0.63个百分点。团队还制备了9×9器件阵列，利用各像素对光信号的感知与存储功能，通过同一时刻读取阵列电导状态，成功重构运动目标的轨迹，如图5所示。

该研究将III族氮化物成熟的外延与器件制造工艺，同双极性界面极化和非对称势垒调控相结合，构建了兼具高灵敏探测、光存储与类突触处理的器件平台，为日盲紫外通信、智能图像识别和运动轨迹监测提供了新的技术路径。相关设计具备向不同波段拓展以及与CMOS工艺兼容的潜力。这一成果拓展了III族氮化物在智能光电子器件领域的应用边界，有望推动极端环境下智能感知领域的发展。

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所黎大兵研究员为论文通讯作者，蒋科研究员、王炳翔助理研究员为论文共同第一作者。北京大学高鹏教授团队、华东师范大学田博博教授团队、中国科学院上海技术物理研究所胡伟达研究员团队和浙江大学田鹤教授团队为本研究提供了重要支持。研究得到国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会等项目资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-026-02780-7

图1、AlGaN异质界面极化效应诱导内建电场和界面电荷过程及其对载流子的调控

图2、AlGaN异质结与非对称肖特基金半接触协同的感存算器件及其多模式工作原理

图3、器件高速探测、光写入存储与类突触行为表征

图4、器件高温开关循环特性

图5、日盲紫外通信、图像识别与目标轨迹监测应用演示