Imec展示了一種通過將膠體量子點光電二極管（QDPD）集成到300毫米CMOS晶圓上的超表面上，構(gòu)建緊湊型多光短波紅外（SWIR）傳感器的新方法。在2025年IEDM Conference上公布的成果表明，這將成為一個具有成本效益且高分辨率的SWIR成像平臺，有望顯著擴(kuò)展商業(yè)部署。


這項工作值得關(guān)注的是，它使SWIR感應(yīng)更接近主流CMOS制造，為安全、汽車、工業(yè)檢測和智能農(nóng)業(yè)等新產(chǎn)品開辟了新機(jī)遇。

為什么SWIR需要不同的方法

短波紅外成像可以揭示可見光譜中看不見的材料差異和特征，使得從透視塑料和織物到改善霧霾或煙霧中的可見性等多種應(yīng)用成為可能。然而，大多數(shù)現(xiàn)有的SWIR探測器仍然價格昂貴、體積龐大且難以擴(kuò)展。量子點傳感器因制造成本更低和分辨率高而成為潛在替代方案，但迄今為止它們主要作為寬帶設(shè)備而非窄帶光譜成像儀運行。

Imec的新平臺通過將QDPD與兼容CMOS的超表面——控制亞波長尺度光的納米結(jié)構(gòu)層——共整合，解決了這一限制。與其為每個目標(biāo)波長重新設(shè)計光電二極管結(jié)構(gòu)，中層表面負(fù)責(zé)光譜調(diào)諧，同時保持相同的量子點探測器堆棧。

imec研發(fā)項目負(fù)責(zé)人弗拉基米爾·佩約維奇表示：“這項技術(shù)特別突出的是其可擴(kuò)展性。”“傳統(tǒng)的量子點圖像傳感器需要為每個波長重新設(shè)計復(fù)雜的光電二極管層，這使得對每個應(yīng)用頻譜的調(diào)整既復(fù)雜又昂貴。我們的方法將復(fù)雜性轉(zhuǎn)移到CMOS層面，利用超曲面調(diào)節(jié)光譜響應(yīng)，而非改變光電二極管堆棧。這為可輕松定制的高分辨率光譜單紅外（SWIR）傳感器打開了大門，并為安全、農(nóng)業(yè)、汽車、航空航天等領(lǐng)域的新功能鋪平了道路。”

基于300毫米CMOS線建造

由于該工藝在imec的300毫米試點線上進(jìn)行了演示，它為實現(xiàn)批量生產(chǎn)提供了可行的途徑。該方法也符合行業(yè)對緊湊、輕量化模塊的需求，這些模塊能夠輕松集成到邊緣設(shè)備、無人機(jī)、工業(yè)攝像頭或車載傳感系統(tǒng)中。

該研究將三個imec領(lǐng)域——量子點成像儀、平面光學(xué)超曲面和光譜成像——整合到一個平臺中。下一個里程碑是從概念驗證轉(zhuǎn)向與行業(yè)合作伙伴的小批量生產(chǎn)。

“我們的目標(biāo)是將這一突破轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€面向行業(yè)的平臺，”imec投資組合經(jīng)理Pawel Malinowski說。“我們希望與合作伙伴合作，開發(fā)定制圖像傳感器和集成器件，并在實際應(yīng)用中展示這項技術(shù)。通過結(jié)合imec的光譜專業(yè)知識、量子點技術(shù)和先進(jìn)的CMOS工藝能力與特定應(yīng)用領(lǐng)域，我們旨在加速創(chuàng)新，將下一代單紅外傳感器從概念驗證帶到全面生產(chǎn)。因此，Imec歡迎與合作伙伴合作，共同塑造傳感與成像的未來。”

如果技術(shù)能大規(guī)模采用，能夠?qū)㈩l譜SWIR傳感帶入此前因規(guī)模和成本限制而受阻的市場——這對歐洲的成像、出行和工業(yè)自動化行業(yè)來說是一個極具吸引力的前景。