近期，《npj柔性電子》期刊在線發(fā)表了一篇關(guān)于柔性近紅外與短波紅外成像傳感器的技術(shù)綜述。該研究系統(tǒng)梳理了柔性紅外探測器的光敏材料演進(jìn)、器件架構(gòu)設(shè)計(jì)與讀出電路技術(shù)，明確指出當(dāng)前產(chǎn)業(yè)落地的核心瓶頸在于系統(tǒng)級(jí)柔性整合與環(huán)境穩(wěn)定性控制。

傳統(tǒng)圖像傳感器高度依賴剛性半導(dǎo)體襯底。硅基器件在可見光波段成熟高效，但在長波長響應(yīng)上存在物理極限；砷化銦鎵、碲汞鎘、硫化鉛及硅上鍺等材料雖可將探測范圍延伸至短波紅外波段，卻普遍需要外延生長工藝與額外制冷模塊，導(dǎo)致制造復(fù)雜度與成本居高不下。近紅外（NIR）與短波紅外（SWIR）波段富含水、脂質(zhì)、碳?xì)浠衔锏确肿拥奶卣魑辗?，配合柔性輕薄結(jié)構(gòu)后，可緊密貼合曲面或運(yùn)動(dòng)表面，顯著提升光學(xué)耦合效率并抑制運(yùn)動(dòng)偽影。

柔性紅外探測器的性能基石在于光敏材料的選擇。綜述重點(diǎn)評(píng)估了四大類平臺(tái)：有機(jī)半導(dǎo)體可通過溶液法在低溫下成膜，給體-受體聚合物與非富勒烯受體已成功將響應(yīng)拓展至近紅外區(qū)，且兼容大面積塑料基底，但光氧化與形貌漂移仍是短板；膠體量子點(diǎn)的帶隙隨粒徑可調(diào)，硫化鉛與碲化汞量子點(diǎn)能覆蓋更寬紅外譜段，卻面臨濕氧敏感、配體傳輸受限及重金屬毒性問題；鈣鈦礦材料兼具強(qiáng)吸收與優(yōu)異載流子遷移率，通過錫元素?fù)诫s可向近紅外延伸，但離子遷移、鹵素偏析及二價(jià)錫氧化嚴(yán)重制約其工作壽命；二維材料憑借原子級(jí)厚度適應(yīng)機(jī)械形變，石墨烯具備寬帶吸收與高遷移率，過渡金屬硫族化合物可調(diào)控電學(xué)特性，黑磷等窄帶隙材料則需嚴(yán)格隔絕空氣?；旌霞軜?gòu)正成為整合上述材料優(yōu)勢互補(bǔ)的主流路徑。

器件架構(gòu)與讀出技術(shù)直接決定信號(hào)質(zhì)量與量產(chǎn)可行性。無源像素陣列結(jié)構(gòu)簡單、填充因子高，適合基礎(chǔ)成像；有源像素陣列則在單像素內(nèi)集成晶體管，有效提升信噪比、響應(yīng)速度與動(dòng)態(tài)范圍。目前單片集成于柔性薄膜晶體管背板是主導(dǎo)方案，而探測器材料與后端工藝不兼容時(shí)，混合集成模式成為折中選擇。讀出電路的像素密度、掃描速度及數(shù)據(jù)吞吐量需與前端感光層匹配，否則易造成帶寬瓶頸或噪聲累積。

在應(yīng)用端，柔性紅外成像正快速滲透多個(gè)垂直領(lǐng)域。醫(yī)療健康是首要突破口，柔性器件可貼合人體曲線實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測，研究人員已將其應(yīng)用于生命體征追蹤、脈搏血氧儀、生物成像及生物識(shí)別。例如柔性反射式血氧儀不再局限于指端或耳垂，可在額頭與前臂穩(wěn)定測量血氧飽和度。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)利用近紅外傳感器監(jiān)測植物健康與葉綠素?zé)晒?，助力早期脅迫預(yù)警。短波紅外具備穿透霧霾與夜間成像能力，結(jié)合主動(dòng)照明可實(shí)現(xiàn)全黑環(huán)境作業(yè)，廣泛適用于環(huán)境監(jiān)測、安防巡檢與電子元器件檢測。有機(jī)上轉(zhuǎn)換成像器甚至能將不可見短波紅外輻射轉(zhuǎn)化為可見圖像，為低功耗視覺系統(tǒng)開辟新路徑。

盡管實(shí)驗(yàn)室進(jìn)展迅速，規(guī)?；渴鹑悦媾R多重工程壁壘。實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)柔性極具難度，柔性傳感器陣列通常需與剛性讀出電路、處理器及電源模塊對(duì)接，未來必須開發(fā)配套的柔性讀出電子器件與微型供電單元。長期環(huán)境穩(wěn)定性同樣嚴(yán)峻，氧氣、水分、汗液及生物流體極易降解高性能紅外材料，柔性封裝需在保障光學(xué)透過率與機(jī)械柔韌性的同時(shí)提供致密防護(hù)。此外，綜述特別警示業(yè)界，部分文獻(xiàn)報(bào)告的比探測率數(shù)值若僅基于暗電流推算而非直接測量噪聲，可能嚴(yán)重高估實(shí)際靈敏度。行業(yè)亟需建立標(biāo)準(zhǔn)化測試規(guī)范，同步公開直接測得的噪聲電流譜密度、噪聲等效功率、調(diào)制頻率、器件面積與帶寬參數(shù)。

對(duì)中國供應(yīng)鏈與下游客戶而言，該技術(shù)路線提供了明確的采購與研發(fā)指引。上游材料廠商應(yīng)優(yōu)先布局低毒環(huán)保型量子點(diǎn)與高穩(wěn)定性有機(jī)半導(dǎo)體，規(guī)避重金屬供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)；中游模組廠需提前儲(chǔ)備超薄阻隔封裝技術(shù)與柔性印刷電路板工藝，以應(yīng)對(duì)戶外與穿戴場景的嚴(yán)苛要求。渠道商在選型時(shí)可重點(diǎn)關(guān)注支持混合集成的模塊化探頭，并確認(rèn)供應(yīng)商是否提供符合國際規(guī)范的實(shí)測噪聲數(shù)據(jù)。下游集成商可引入計(jì)算成像算法補(bǔ)償像元非均勻性與暗電流漂移，降低對(duì)純硬件性能的過度依賴。

柔性近紅外與短波紅外成像傳感器正處于從學(xué)術(shù)驗(yàn)證向工程樣機(jī)過渡的關(guān)鍵期。該案例清晰暴露出單一材料突破無法直接等同于終端可用產(chǎn)品的現(xiàn)實(shí)，產(chǎn)業(yè)鏈上下游必須在系統(tǒng)級(jí)柔性互聯(lián)、長效環(huán)境封裝及標(biāo)準(zhǔn)化性能標(biāo)定上形成協(xié)同。采購方與工程商在推進(jìn)項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)將長期可靠性驗(yàn)證與配套讀出電路的兼容性納入核心評(píng)估指標(biāo)，避免陷入“實(shí)驗(yàn)室參數(shù)優(yōu)異但現(xiàn)場失效率偏高”的選型陷阱。