在柔性電子技術(shù)蓬勃發(fā)展的背景下，柔性鈣鈦礦光電探測(cè)器憑借其高靈敏度、可調(diào)帶隙和機(jī)械柔韌性，在可穿戴健康監(jiān)測(cè)與低噪聲成像領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。然而，其實(shí)際應(yīng)用仍面臨噪聲抑制、信號(hào)漂移等核心挑戰(zhàn)，亟需從材料設(shè)計(jì)與電路架構(gòu)層面實(shí)現(xiàn)突破。

一、可穿戴健康監(jiān)測(cè)：從實(shí)驗(yàn)室到臨床的跨越

柔性鈣鈦礦探測(cè)器在可穿戴設(shè)備中的核心應(yīng)用場(chǎng)景為光電容積脈搏波（PPG）監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程健康信號(hào)采集。浙江大學(xué)與西湖大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)通過電場(chǎng)調(diào)制策略，將柔性鈣鈦礦探測(cè)器的暗電流降低1000倍，在2 mW/cm2低光強(qiáng)下實(shí)現(xiàn)高保真脈搏波形采集。該技術(shù)通過引入控制電極重構(gòu)電場(chǎng)分布，使信號(hào)電極區(qū)域電勢(shì)均勻化，有效抑制離子遷移引發(fā)的暗電流漂移（<1.3×10?? pA/s），在8000秒連續(xù)光照下仍保持穩(wěn)定輸出。這一突破解決了傳統(tǒng)光電導(dǎo)型探測(cè)器因離子遷移導(dǎo)致的信號(hào)失真問題，為無創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)、血氧飽和度檢測(cè)等臨床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

復(fù)旦大學(xué)遲楠團(tuán)隊(duì)則通過功能性鈍化抗氧化劑（FPA）策略，開發(fā)出混合錫鉛鈣鈦礦柔性探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)近紅外與藍(lán)光雙波段響應(yīng)。該器件在彎折半徑5mm條件下仍保持98%的原始響應(yīng)度，結(jié)合可見光通信技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下心率的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。其核心創(chuàng)新在于通過FPA分子鈍化鈣鈦礦表面缺陷，將載流子壽命延長(zhǎng)至3.2 μs，同時(shí)降低界面復(fù)合損失，使探測(cè)率突破1.1×101? Jones，達(dá)到商用硅基探測(cè)器的性能水平。

二、低噪聲讀出電路：從噪聲源解析到系統(tǒng)優(yōu)化

柔性鈣鈦礦探測(cè)器的微弱信號(hào)特性（pA級(jí)光電流）對(duì)讀出電路設(shè)計(jì)提出嚴(yán)苛要求。噪聲源主要分為三類：

探測(cè)器本征噪聲：包括散粒噪聲（與暗電流相關(guān)）和1/f噪聲（源于界面缺陷）。電場(chǎng)調(diào)制技術(shù)通過降低暗電流至5 pA，使散粒噪聲功率降低至7.71×10?1? A/Hz1/2，接近散粒噪聲極限。而采用T型網(wǎng)絡(luò)電容反饋的CTIA電路結(jié)構(gòu)，可將輸入電容從1.3 pF降至2 fF，有效抑制1/f噪聲對(duì)低頻信號(hào)的干擾。

電路熱噪聲：主要由復(fù)位管和積分電容的熱運(yùn)動(dòng)引發(fā)。通過采用0.5 μm CMOS工藝與相關(guān)雙采樣（CDS）技術(shù)，可將熱噪聲電壓控制在0.28 mV以下。例如，在20 pA輸入信號(hào)下，CTIA電路配合CDS可實(shí)現(xiàn)15 dB的信噪比提升。

固定模式噪聲（FPN）：源于像素間工藝偏差。通過動(dòng)態(tài)偏置調(diào)節(jié)技術(shù)，可消除85%以上的FPN，使圖像均勻性提升至99.2%。

三、技術(shù)融合：從單點(diǎn)突破到系統(tǒng)創(chuàng)新

當(dāng)前研究正從器件優(yōu)化向系統(tǒng)集成邁進(jìn)。西湖大學(xué)柔性電子實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管（TFT）背板，實(shí)現(xiàn)了16×16鈣鈦礦探測(cè)器陣列與讀出電路的單片集成。該系統(tǒng)在500 nW/cm2弱光下仍保持0.1%的像素非均勻性，為高對(duì)比度成像提供硬件支撐。而復(fù)旦團(tuán)隊(duì)提出的自供電混合鈣鈦礦探測(cè)器，通過內(nèi)建電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)光生電壓直接驅(qū)動(dòng)讀出電路，省去外部偏置電源，使系統(tǒng)功耗降低60%。

四、未來展望：從技術(shù)迭代到產(chǎn)業(yè)落地

隨著3D打印鈣鈦礦薄膜技術(shù)與低溫銦鎵鋅氧化物（IGZO）TFT工藝的成熟，柔性探測(cè)器的制造成本有望降至$0.1/cm2以下。結(jié)合AI噪聲預(yù)測(cè)算法，未來可穿戴設(shè)備將實(shí)現(xiàn)亞毫秒級(jí)實(shí)時(shí)噪聲補(bǔ)償，推動(dòng)醫(yī)療級(jí)健康監(jiān)測(cè)設(shè)備向消費(fèi)電子領(lǐng)域滲透。在這場(chǎng)柔性電子革命中，鈣鈦礦探測(cè)器正從實(shí)驗(yàn)室走向千家萬戶，重新定義人機(jī)交互的健康邊界。