2025-12-15
Imec展示了一种通过将胶体量子点光电二极管（QDPD）集成到300毫米CMOS晶圆上的超表面上，构建紧凑型多光短波红外（SWIR）传感器的新方法。在2025年IEDM Conference上公布的成果表明，这将成为一个具有成本效益且高分辨率的SWIR成像平台，有望显著扩展商业部署。这项工作值得关注的是，它使SWIR感应更接近主流CMOS制造，为安全、汽车、工业检测和智能农业等新产品开辟了新机遇。
为什么SWIR需要不同的方法短波红外成像可以揭示可见光谱中看不见的材料差异和特征，使得从透视塑料和织物到改善雾霾或烟雾中的可见性等多种应用成为可能。然而，大多数现有的SWIR探测器仍然价格昂贵、体积庞大且难以扩展。量子点传感器因制造成本更低和分辨率高而成为潜在替代方案，但迄今为止它们主要作为宽带设备而非窄带光谱成像仪运行。
Imec的新平台通过将QDPD与兼容CMOS的超表面——控制亚波长尺度光的纳米结构层——共整合，解决了这一限制。与其为每个目标波长重新设计光电二极管结构，中层表面负责光谱调谐，同时保持相同的量子点探测器堆栈。imec研发项目负责人弗拉基米尔·佩约维奇表示：“这项技术特别突出的是其可扩展性。”“传统的量子点图像传感器需要为每个波长重新设计复杂的光电二极管层，这使得对每个应用频谱的调整既复杂又昂贵。我们的方法将复杂性转移到CMOS层面，利用超曲面调节光谱响应，而非改变光电二极管堆栈。这为可轻松定制的高分辨率光谱单红外（SWIR）传感器打开了大门，并为安全、农业、汽车、航空航天等领域的新功能铺平了道路。”
基于300毫米CMOS线建造由于该工艺在imec的300毫米试点线上进行了演示，它为实现批量生产提供了可行的途径。该方法也符合行业对紧凑、轻量化模块的需求，这些模块能够轻松集成到边缘设备、无人机、工业摄像头或车载传感系统中。
该研究将三个imec领域——量子点成像仪、平面光学超曲面和光谱成像——整合到一个平台中。下一个里程碑是从概念验证转向与行业合作伙伴的小批量生产。“我们的目标是将这一突破转变为一个面向行业的平台，”imec投资组合经理Pawel Malinowski说。“我们希望与合作伙伴合作，开发定制图像传感器和集成器件，并在实际应用中展示这项技术。通过结合imec的光谱专业知识、量子点技术和先进的CMOS工艺能力与特定应用领域，我们旨在加速创新，将下一代单红外传感器从概念验证带到全面生产。因此，Imec欢迎与合作伙伴合作，共同塑造传感与成像的未来。”
如果技术能大规模采用，能够将频谱SWIR传感带入此前因规模和成本限制而受阻的市场——这对欧洲的成像、出行和工业自动化行业来说是一个极具吸引力的前景。
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