- 離子電子光電探測器：重構視覺感知的神經形態革命
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 2025/8/18
傳統視覺技術正面臨范式轉換。CMOS 圖像傳感器遵循 “感知 - 傳輸 - 處理” 分立架構，存在數據冗余、動態范圍狹窄（僅 60-70dB）和能效比低下（典型功耗 1.2W）三大痛點。在低光環境下，35dB 的信噪比難以識別細微輪廓；強光場景中，過曝恢復延遲達 50ms，這些局限制約著可穿戴設備、工業檢測等領域的發展。
受生物視網膜啟發，復旦大學與中科院團隊研發的離子電子光電探測器實現了突破性創新。這種器件通過磷硫化銅銦（CIPS）鐵電材料構建離子 - 電子混合界面，將圖像處理功能嵌入傳感器單元。Cu⁺離子遷移與電子傳輸的耦合機制，使單像素既能完成光信號轉換，又能實時進行噪聲濾除、對比度增強等預處理，構建起 “感知即計算” 的新型架構。
該探測器的核心優勢體現在雙模態響應機制：電子通道負責 0.1-1000lux 寬動態范圍的光強感知，離子通道通過遷移特性記錄光照歷史。這種設計帶來三項關鍵功能：動態對比度增強可區分 1.5% 反射率差異的物體，較傳統傳感器提升 3 倍；噪聲自適應抑制將信噪比提高至 45dB，顯著降低工業檢測誤報率；生物啟發式響應切換能在 0.01lux 至 10⁵lux 的光照范圍內快速切換模式，響應時間小于 1μs。
性能提升帶來了顯著的應用價值。能效比方面，其數據處理能耗從 100fJ / 像素降至 5fJ，使可穿戴助視器續航從 4 小時延長至 15 小時。邊緣計算能力上，128×128 像素陣列可直接輸出特征圖像，無人機避障延遲減少 40%。在醫療領域，通過調制光譜響應權重，紅綠色盲患者的色卡識別率從 65% 提升至 92%，低光環境文字識別準確率提高到 89%。
目前該技術已在多領域展現潛力：消費電子中，視障輔助眼鏡實現 2cm 精度的障礙物定位；工業檢測中，20nm 缺陷識別率達 98.7%，可適應 50℃高溫高濕環境；生物醫學領域能捕捉 5μm 分辨率的細胞鈣信號動態。
未來，1024×1024 像素陣列將實現 2K 分辨率的實時處理，跨模態融合技術可構建 “視覺 - 聽覺 - 振動” 多感知系統。這場由離子電子技術引發的革命，正推動機器視覺從 “清晰成像” 邁向 “智能理解”，為各類智能設備裝上更接近人類的 “眼睛”。
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