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)測與低噪聲成像領(lǐng)域展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。然而，其實際應(yīng)用仍面臨噪聲抑制、信號漂移等核心挑戰(zhàn)，亟需從材料設(shè)計與電路架構(gòu)層面實現(xiàn)突破。

一、可穿戴健康監(jiān)測：從實驗室到臨床的跨越

柔性鈣鈦礦探測器在可穿戴設(shè)備中的核心應(yīng)用場景為光電容積脈搏波（PPG）監(jiān)測與遠(yuǎn)程健康信號采集。浙江大學(xué)與西湖大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊通過電場調(diào)制策略，將柔性鈣鈦礦探測器的暗電流降低1000倍，在2 mW/cm2低光強下實現(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)電場分布，使信號電極區(qū)域電勢均勻化，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)型探測器因離子遷移導(dǎo)致的信號失真問題，為無創(chuàng)血糖監(jiān)測、血氧飽和度檢測等臨床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

復(fù)旦大學(xué)遲楠團(tuán)隊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器，實現(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)，成功實現(xiàn)運動狀態(tài)下心率的遠(yuǎn)程實時監(jiān)測。其核心創(chuàng)新在于通過FPA分子鈍化鈣鈦礦表面缺陷，將載流子壽命延長至3.2 μs，同時降低界面復(fù)合損失，使探測率突破1.1×101? Jones，達(dá)到商用硅基探測器的性能水平。

二、低噪聲讀出電路：從噪聲源解析到系統(tǒng)優(yōu)化

柔性鈣鈦礦探測器的微弱信號特性（pA級光電流）對讀出電路設(shè)計提出嚴(yán)苛要求。噪聲源主要分為三類：

探測器本征噪聲：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噪聲對低頻信號的干擾。

電路熱噪聲：主要由復(fù)位管和積分電容的熱運動引發(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輸入信號下，CTIA電路配合CDS可實現(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)柔性電子實驗室開發(fā)的氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管（TFT）背板，實現(xiàn)了16×16鈣鈦礦探測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，為高對比度成像提供硬件支撐。而復(fù)旦團(tuán)隊提出的自供電混合鈣鈦礦探測器，通過內(nèi)建電場實現(xiàn)光生電壓直接驅(qū)動讀出電路，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，柔性探測器的制造成本有望降至$0.1/cm2以下。結(jié)合AI噪聲預(yù)測算法，未來可穿戴設(shè)備將實現(xiàn)亞毫秒級實時噪聲補償，推動醫(yī)療級健康監(jiān)測設(shè)備向消費電子領(lǐng)域滲透。在這場柔性電子革命中，鈣鈦礦探測器正從實驗室走向千家萬戶，重新定義人機(jī)交互的健康邊界。