我院在自滤光近红外探测器用于稳定心率监测取得重要进展
发布时间:2022-11-15    发布人:杨武    阅读次数:255


近日,我院于永强课题组针对PPG脉搏检测中环境光干扰的问题,设计并制备了硅肖特基型自滤光近红外探测器用于PPG脉搏检测,实现了有环境光干扰下的稳定心率检测。相关研究成果以“Self-filtered NIR photodetectors based on silicon micro-holes array for stable heart rate monitoring” 为题发表在微电子器件权威期刊IEEE Electron Device Letters (https://ieeexplore.ieee.org/document/9928282)。研究生张浩为论文第一作者,于永强副教授和中国科学技术大学附属第一医院杨清艳为通讯作者。


(a)  SiMHs/Gr SBD 自滤光响应机制示意图;    图(b)PPG检测图;有无环境光干扰下的PPG波形;

图(c)SiMHs/Gr SBD;                                         图(d)商用器件。


近年来,可穿戴医疗电子设备在个人健康监测,尤其是心血管疾病这一方面引起广泛关注。在各种医疗监测系统中,具有低成本、轻体积、无创的光电容积描记技术 (PPG)是未来连续性健康监测的最佳选择。但是,如何在环境光的干扰下获得高质量的PPG脉搏波成为急需解决的问题。光电探测器是PPG技术的核心传感器,硅基肖特基结二极管(Si-SBD)光电探测器因其结构简单、制备工艺成熟以及与CMOS工艺具有较好的兼容性得到了广泛研究。由于自驱动Si-SBD具备低功耗等特性,在基于PPG技术的可穿戴设备中具有重要应用前景。为消除环境光的影响和提升PPG信号采集,近红外光通常选用于检测波段,然而常用的硅探测器具有宽光谱响应,因此开发一种基于硅基的自滤光近红外光电探测器具有研究价值。

研究者利用硅对不同波长的吸收特性, 采用硅微孔阵列结构增强器件对光的吸收,设计并制备了背照式硅微孔阵列/石墨烯肖特基二极管(SiMHs/Gr SBD)自滤光近红外探测器。器件在900—1160 nm具有优异的近红外响应,响应度为122 mA/W,可见光和近红外之间的信噪比(SNR)大于105。利用该器件搭建的PPG检测系统,实现了有无环境光干扰下的稳定心率检测,结果优于宽光谱响应的商用器件。


于永强 文图  赵金华 审核


0551-62919106

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