西安电子科技大学等在纳米线光电探测器方面取得进展,助力仿生视觉应用

MEMS 2025-05-29 07:00
随着物联网(IoT)和人工智能(AI)等新兴领域的蓬勃发展,对图像传感技术的需求不断升级,传感器的效率和功能也须得到提高。传统图像传感器基于von Neumann架构,具有离散的处理单元,面临着高功耗、延迟以及硬件成本上升等诸多挑战。
据麦姆斯咨询报道,近日,西安电子科技大学和陕西师范大学的研究团队通过开发基于准一维Nb₃Se₁₂I纳米线的双端光电传感器引入了一种独特的方法。这种先进的传感器不仅复制了生物视觉系统的自适应行为,而且有效地控制了强光刺激引起的灵敏度降低。光热电(PTE)效应与辐射热效应的集成使该器件在自供电模式下工作,提供从可见光(405 nm)到中波红外(4060 nm)的宽带探测能力。此外,准一维结构对偏振光具有角度依赖响应,偏振比为1.83。研究结果表明,基于Nb₃Se₁₂I的仿生视觉自适应传感器可以有效增强智能光学传感器和机器视觉系统的能力。这项研究以“Ultrabroadband Detection and Self-Powered Functionality in Quasi-One-Dimensional Nb3Se12I Nanowire Photodetectors for Bionic Vision Applications”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上。
人类视觉系统巧妙地反映了人工智能光传感器的功能,能够有效地探测光线并将其转换为电脉冲。图1展示了视觉信号传导过程以及在不同光照条件下人眼的适应过程。接着,研究人员制备了准一维半导体Nb₃Se₁₂I,并表征了其结构和性能,相关结果如图2所示。
图片
图1 人眼在不同光照条件下的适应示意图
图片
图2 准一维半导体Nb₃Se₁₂I的结构和组成性质的表征
研究人员通过复杂的无掩模光刻技术制造了Nb₃Se₁₂I纳米线的场效应晶体管器件(如图3a)。随后,研究人员对Nb₃Se₁₂I纳米线的场效应晶体管器件的特性及光电性能进行了测试,相关结果如图3所示。结果显示,基于Nb₃Se₁₂I的光电探测器产生的光电流主要归因于光热电效应,光热电光电探测器具有独特能力,能够在环境温度下促进自供电的超宽带探测。
图片
图3 Nb₃Se₁₂I纳米线的场效应晶体管器件的电学和光电特性
人类视觉适应不仅取决于光强度的瞬态响应,还需要有对持续光刺激的动态适应能力。因此,研究人员将Nb₃Se₁₂I器件置于功率分别为124 μW、482 μW和725 μW的520 nm激光器下,以模拟人眼对以柔和、明亮和过亮光照条件为特征的环境的适应性反应,相关结果如图4所示。基于此,研究人员还探究了其适应性变化的潜在机制。
图片
图4 Nb₃Se₁₂I光电探测器的光强度依赖特性
最后,研究人员利用Nb₃Se₁₂I光电探测器来模拟人类视网膜中的几个关键视觉适应过程,相关结果如图5所示。
图片
图5 Nb₃Se₁₂I光电探测器的仿生视觉适应功能
综上所述,这项研究开发了一种基于Nb₃Se₁₂I纳米线的光电探测器,该器件利用光热电效应与辐射热效应的协同机制,能够动态适应恒定的光刺激。该机制可实现自供电的宽带探测,在保持高器件性能的同时显著降低功耗。此外,这种方法大大提高了自适应速度,有效满足了人工智能视觉应用对快速适应的需求。这些发现不仅促进了对模拟人类视觉自适应机制的理解,还推动了复杂光学传感器和人工视觉系统的发展,对人工智能视觉系统在各个技术领域的未来设计和应用具有深远影响。
论文链接:
https://doi.org/10.1021/acsami.5c00605

延伸阅读:

《苹果在量子点光电传感器领域的发明专利与产业布局分析》
《量子点光电传感器专利态势分析-2024版》
《新兴图像传感器技术及市场-2024版》
《光谱成像市场和趋势-2022版》
《小型、微型和芯片级光谱仪技术及市场-2020版》

MEMS 中国首家MEMS咨询服务平台——麦姆斯咨询(MEMS Consulting)
评论
  • 什么是LoRaWAN? LoRaWAN技术及应用LoRaWAN(Long Range Wide Area Network)是一种低功耗、长距离、广域网络通信协议,特别设计用于连接物联网(IoT)设备。LoRaWAN采用无线通信技术,能够覆盖数十公里的范围,提供长时间的电池寿命,适用于智能城市、农业、工业自动化、环境监测,与健康医疗等领域应用。来源: LoRa Alliance一探究竟:LoRaWAN物联网应用优势营运商采用 LoRaWAN 具有多方面的优势,除了长距离覆盖范围及低功耗的特点外,还
    百佳泰测试实验室 2025-07-10 14:51 403浏览
  • 本文主要针对分立方案高速输出电路,由于MOS管、稳压管、PCB布局布线都存在一些寄生电容,这些寄生电容都会影响高速输出电路的占空比,所以本文对这些寄生电容的影响进行简单说明。测试工况:电压:24V,负载类型:阻性负载2K,输出频率:200Khz,要求占空比45%~55%;电路拓扑如下图所示:图1寄生电容分布情况:如下图所示,MOS管寄生电容为Cgd、Cgs、Cds,稳压管寄生电容为Cd;图2而MOS管手册常见的参数如下图所示为Ciss、Coss、Crss(为啥是这些参数,而不改成Cgs、Cgd、
    用户1751282873645 2025-07-08 23:58 265浏览
  •   几个月前,一个老旧的大风扇的散风圈(俺不知其专业名称)的开关按钮不起作用,就是锁不住了,散风圈也就不转了。今天,有空,就拿到工作台,开始拆解分析故障原因,能修好更好。  看看,用的时间够长了吧!皮肤都变颜色了。看标签,合格品2005年的。  底部四个螺丝固定,很容易拆开了。  看到掉下一个标签圆纸片,拿起来看看,是那个横向摇头的电机的。  找到那个按钮开关位置  应该是开关内部的有缺陷了。把它拆下来,一看就是正规合格品。  拿出我日积月累的分类藏宝盒,呵呵,找到一款螺丝孔位正好合适的。   
    自做自受 2025-07-10 11:16 437浏览
  • 提要:采用LOXIM的微孔雾化专用芯片LX8201,能突破压电陶瓷驱动电压超标(24伏)的技术难题,满足全球市场对喷雾玩具的电压安规认证要求。玩具行业尤其是喷雾玩具行业内人士都知道,喷雾玩具的压电陶瓷驱动电压超标(常需60-100V)与强制安规标准(中国,日本,欧美,都一样)对玩具电压的限制(≤24V)存在根本性冲突,如果采用“多层压电堆叠(MPA)技术“(比如日本TDK公司),成本将增加至现有微孔雾化片的10倍以上,这个矛盾一直没有得到好的解决。喷雾玩具在国内热销(淘宝/抖音),能卖的原因,无
    Loximonline 2025-07-08 10:55 309浏览
  • 据知名市场研究机构Counterpoint Research发布的数据概览,2025年第二季度,中国智能手机销量预计将迎来小幅回暖,增长率约为1%。在这场销量微增的背后,华为与苹果两大品牌成为了推动市场前行的核心力量。其中华为手机的表现最为亮眼,数据显示,华为在中国市场的智能手机销量份额实现了12%的同比增长,这一成绩不仅使其成为了当季增长最快的品牌,更助力华为重新夺回销量榜首的位置。相比之下,vivo的表现就有些尴尬了。虽然还是位列第二,但vivo在第二季度的智能手机销量份额同比下降了9%,下
    用户1742991715177 2025-07-09 08:19 284浏览
  • 在数字化、自动化高速发展的今天,光电耦合器正以一种低调却不可或缺的方式,悄然改变着我们的生活。它不仅是电子电路中的“安全卫士”,更是连接信号世界的“桥梁”,凭借出色的电气隔离能力,为各类设备提供稳定可靠的信号传输保障。电气隔离——让系统更安全在工业控制系统中,安全始终是重中之重。光电耦合器通过光信号进行电气隔离,能够有效防止高压电流侵入低压控制电路。例如,在智能电网系统中,它广泛应用于电表与通信模块之间,确保数据传输的安全性,防止电网高压对低压设备造成冲击。在电动汽车的电池管理系统(BMS)中,
    腾恩科技-彭工 2025-07-05 13:56 470浏览
  • 在物联网无线通信领域,随着行业应用场景的不断拓宽,同一频段下的设备通信需求正呈指数级增长,然而这一增长趋势却与频谱资源的有限性形成了鲜明对立,信道拥挤、信号串扰与非线性失真等不良现象所造成的“通信压力”正在持续放大。从智能家居的设备互联到工业物联网的实时控制,从智慧楼宇的广域组网到智慧城市的海量数据传输,有限的频谱资源不仅需要满足不断增长的设备通信需求,还需要适配不同场景对速率、时延与可靠性等差异化要求。在此背景下,如何在有限的频谱资源中实现更为稳定的无线通信质量,已成为物联网行业发展路径中的核
    华普微HOPERF 2025-07-07 16:13 666浏览
  •   去年底,整理旧物,扔的扔了,留的留了,这不,十四个几十年前留下来的工业级小型排风扇,下图左上角处,又拿出来,下决心把它们再利用发挥余热。  呵呵,这回不是拆而是装了。怎么装呢?组装、固定、机架、接线,简单,也不简单,原则是一切都用手头现有废旧材料,争取做到一个不买!DIY,废物利用,如今时髦的话,以旧换新!摆上台面,找来木条,策划怎么做?  比一比,看一看,觉得合适,按尺寸锯开木条。  咋走线?想到了,在有限空间内弯转,从一个螺丝孔穿出来,整体拼凑整齐。   咋固定风扇呢?找来木片条,锯断,
    自做自受 2025-07-06 21:37 622浏览
  • 工业物联网时代,作为一种普遍应用在汽车电子、工业控制与医疗器械等领域中的串行总线通信技术——CAN(Controller Area Network)总线基于消息广播模式,通过双绞线传输差分信号,是一种多主控(Multi-Master)的总线系统,具备极强的抗干扰能力、极低的传输延迟和高速数据传输性能。一种典型的CAN总线网络示意图在CAN总线通信过程中,CAN收发器作为物理层上的接口芯片,位于CAN控制器(MCU)和CAN总线之间,主要负责将来自CAN控制器(MCU)的数字信号与总线上的差分信号
    华普微HOPERF 2025-07-04 14:44 1979浏览
  • 曾经靠“砍一刀”撕裂传统电商格局的拼多多,如今疲态尽显。数据显示,拼多多今年第一季度实现营收957亿元,同比增长10%,市场预估1016亿元,相比预期低了近60亿元;经营利润为161亿元,相比去年同期下降38%;归属于普通股股东的净利润为147亿元,同比下降47%。与此同时,拼多多市值也坐上了“过山车”。去年市值一度突破 2180 亿美元,力压国内电商巨头阿里,今年(7月1日收盘)市值仅余 1497.59 亿美元,已不足阿里(市值2718.63亿美元)一半
    用户1742991715177 2025-07-05 14:24 467浏览
  • 在全球广泛倡导绿色低碳与可持续发展的时代浪潮中,新能源汽车作为实现节能减排的重要载体之一,正受到各国政府与企业的加速培育。在此背景下,为提升新能源汽车的市场渗透率,我国已率先进入充电基础设施建设的加速期,从私人专用充电桩到社区公用充电桩,从高速路网补能节点到城市公用充电桩,汽车补能网络正在急速膨胀中。图源:摄图网(已授权)据中国充电联盟(EVCIPA)最新统计数据显示,截止2025年5月份,我国充电基础设施累计数量为1440万台,同比上升45.1%。其中,在2025年1月~5月期间,我国充电基础
    华普微HOPERF 2025-07-09 16:13 347浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦