【光电进展】仿生传感器可呈现全彩色图像

据近日报道，美国宾夕法尼亚州立大学的科学家根据人眼获得灵感，设计了一种通过捕捉并处理红光、绿光和蓝光来生成全彩色图像的传感器。仿生设计不再需要外部过滤器，新型相机传感器比现有商业设备具有更高空间分辨率，并且有利于人造视网膜的开发。

视网膜是人类视觉系统的重要组成部分，它接收光线，将其转换为神经信号，并传输到大脑进行视觉识别。红、绿和蓝（R/G/B）视锥视网膜细胞是对R/G/B光敏感的天然窄带光电探测器（PD）。视网膜中的多层神经网络与这些视锥细胞相连，在传输到大脑之前提供神经形态预处理。该设备模仿人类视网膜，其中包含对红光、绿光和蓝光敏感的视锥细胞，以及在视觉数据传输到大脑之前对其进行预处理的神经网络。复制视锥细胞的功能需要创建三个窄带检测器，这些检测器仅对特定波长的可见光作出响应，研究人员通过使用溶剂挥发法设计薄层钙钛矿材料实现。

使用这种技术生产的高度均匀的钙钛矿层表现出电子和空穴迁移率之间的显着不平衡，这种不平衡可以通过将材料与多层结构中结合来抵消。在这种结构中，只有特定波长的光产生的电荷载流子才能到达电极，研究人员使用激光划线技术将单个光电探测器变成32×32传感器阵列，然后将红色、绿色和蓝色芯片堆叠在一起。这种硬件配置与神经形态算法相结合，类似于人类视网膜中的神经网络，处理原始光信号并生成全彩色图像。

“我们尝试直接合并来自三色层的信号，但图片不是很清晰，”第一作者王凯表示。“当我们进行这种神经形态处理时，图像会更接近原始图像。”

该团队展示的仿生设计可以生成具有鲜明对比度和高保真度的全彩色图像。与商业传感器相比，该团队使用钙钛矿“本征”NB PD来免除复杂的滤光器阵列。此外，使用非对称器件配置在没有外部偏置的情况下收集光电流，实现了无功率光电检测功能。这些结果为高效和智能的全色成像提供了一种有前景的设计。

（八三五八所 张雨彤）

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