當前紅外探測技術主要依賴于晶體硅及III-V族化合物半導體光電二極管和光電晶體管，雖具備高靈敏度和快速響應等優勢，但其窄譜響應、復雜制備工藝以及與硅基電子系統兼容性受限，已成為制約其在自主傳感、沉浸式視覺計算和光譜自適應機器視覺等前沿領域進一步發展的關鍵瓶頸。為突破上述限制，研究者積極探索兼具寬帶紅外響應、低溫可加工性和硅基工藝兼容性的替代材料。其中，薄膜氧化物半導體因其環境穩定性和大面積制備潛力受到關注，但多數材料因帶隙較寬而難以實現有效的紅外響應。相比之下，p型氧化碲（TeOx）憑借其可調亞1 eV光學帶隙、無序晶格結構以及可通過室溫真空沉積工藝實現低成本CMOS兼容制備，而成為有前景的候選材料。
據麥姆斯咨詢報道，近日，香港城市大學、北京理工大學和湖南大學的研究團隊提出了一種基于碲亞氧化物（TeO?）的紅外光晶體管，用于自適應超分辨率圖像重建。研究團隊通過無機共混策略制備了p型無序TeO?薄膜，實現了本征紅外光響應與可調電子特性；在此基礎上集成發光介質層，構建了紅外光-可見光自適應傳感器（IVAS），利用協同電荷轉移與光子級聯二次激發機制，實現了寬帶探測與存儲功能。更為關鍵的是，將紅外光作為動態控制信號，直接轉化為器件電導變化，用于調制可見光圖像處理中的權重，從而在單一器件中融合控制與計算過程，實現原位自適應權重更新。該紅外光驅動自適應機制在復雜光照條件下的超分辨圖像重建中得到驗證，IVAS使系統性能顯著提升，峰值信噪比提高至27.55 dB，結構相似性指數提升至0.94，平均絕對誤差降低13.8%。相關研究成果以“Tellurium Sub-Oxides Infrared Phototransistors for Adaptive Super-Resolution Image Reconstruction”為題發表在Advanced Materials期刊上。
圖1系統性展示了IVAS的整體設計理念及其在超分辨圖像重建中的工作機制。尤為關鍵的是，該圖揭示了紅外光作為“控制信號”直接調制器件電導，從而實現卷積權重的動態更新，使網絡參數能夠隨環境光照自適應調整。
圖1 IVAS架構設計與紅外光驅動自適應超分辨傳感概念
圖2從微觀結構與化學組成層面系統解析了p型無序TeOx薄膜的形成機制與物理本質。表征結果從材料物理層面奠定了TeOx具備可調電輸運、強亞帶隙吸收及紅外光響應能力的內在根源，是后續器件功能實現的材料基礎。
圖2 p型無序TeO?薄膜的結構起源及表征
圖3聚焦于IVAS中發光介質層與TeOx通道之間的協同光電作用，系統揭示了寬帶光響應與非易失光電記憶的形成機制。這種“光子回收–電荷轉移”耦合機制，使IVAS在保持高靈敏探測的同時具備穩定的光電記憶能力，為其作為硬件權重單元提供了物理支撐。
圖3 發光介質層誘導的級聯激發與光電記憶機制
圖4重點展示了IVAS在紅外光與可見光協同作用下的電導調控能力及其可編程特性，結果證明了IVAS并非簡單光探測器，而是具備環境感知與動態調控能力的自適應光電子單元。
圖4 紅外光–可見光協同調控與多級電導可調諧
圖5從系統與應用層面驗證了IVAS在真實圖像超分辨任務中的優勢。驗證結果表明，IVAS所引入的紅外光驅動自適應機制不僅是器件層面的創新，更在算法–硬件協同層面為復雜光照環境下的智能機器視覺提供了切實可行的解決方案。
圖5 紅外光驅動權重優化的自適應超分辨重建
https://doi.org/10.1002/adma.202521147
延伸閱讀：
《短波紅外、中波紅外和制冷型紅外成像-2025版》
《銦鎵砷（InGaAs）光電探測器專利態勢分析-2025版》
《量子點光電傳感器專利態勢分析-2024版》
《蘋果在量子點光電傳感器領域的發明專利與產業布局分析》
《紅外熱成像與傳感技術及市場-2025版》
《自動駕駛及艙內感知應用的紅外相機技術及市場-2025版》
《汽車級長波紅外攝像頭產品對比分析-2025版》
《汽車紅外攝像頭技術及市場-2024版》
