胶体量子点光电二极管结合超曲面，推动微型化红外传感技术发展
在2025年IEEE国际电子器件会议（IEDM 2025）上，半导体研究与创新机构imec展示了其300毫米CMOS试验线上的最新成果——胶体量子点光电二极管（QDPD）在超曲面上的集成。这项突破性技术为高分辨率、微型化的短波红外（SWIR）光谱传感器构建了一个可扩展的制造平台，标志着低成本、高精度红外成像技术迈出了关键一步。
短波红外传感的新机遇
短波红外（SWIR）传感器具备在可见光谱之外探测的能力，能够揭示肉眼不可见的材料对比度和结构特征，例如穿透某些塑料、织物，或在烟雾和雾霾中实现清晰成像。然而，传统SWIR传感器普遍面临成本高、体积大、制造复杂等限制，阻碍了其在多个领域的广泛应用。
胶体量子点图像传感器作为新一代的单波红外传感技术，提供了更具成本效益和高分辨率的替代方案。与现有技术不同的是，当前大部分应用仍基于宽谱响应模式，而非可调谐的光谱响应。
为解决这一问题，imec将胶体量子点光电二极管（QDPD）与超曲面结构相结合，利用其300毫米CMOS试验线进行集成。胶体量子点是一种纳米尺度的半导体材料，可被调谐以吸收特定的红外波长；而超曲面是一层具有纳米图案的超薄材料，可精确控制光与传感器之间的相互作用。
通过将这两种技术整合到兼容CMOS的制造流程中，imec打造了一个可扩展的微型化单波红外光谱探测平台。该平台具备紧凑的结构和高分辨率特性，并可利用成熟CMOS技术实现批量生产。
实现可扩展与定制化的光谱成像
imec的研发项目负责人弗拉基米尔·佩约维奇指出，这项技术的核心优势在于其可扩展性。传统量子点图像传感器通常需要为每个目标波长重新设计光电二极管层，导致设计复杂且成本高昂。
而imec的创新方法将设计复杂度从光电器件层转移到CMOS芯片设计中，通过超曲面调节光谱响应，而非更换光电二极管结构。这一策略为高分辨率、可定制的SWIR传感器打开了新的可能性，有望在安防、农业、汽车、航空航天等多个领域带来新的功能与应用。
推动技术落地与产业合作
此次突破源于多领域专家的协作，融合了imec在胶体量子点图像传感器、平面光学（即超曲面）以及光谱成像方面的技术积累。当前的重点是将该技术从实验室原型推进至小批量试产，最终实现量产。
imec投资组合经理Pawel Malinowski表示，团队的目标是将该技术发展为一个面向产业界的开放平台。他强调，希望通过与合作伙伴的紧密合作，推动定制化图像传感器及集成器件的开发，并在实际应用中验证其性能。
“结合imec在光谱成像、量子点材料和先进CMOS制造方面的专长，我们致力于推动新一代SWIR传感器从概念走向规模制造。为此，我们欢迎来自不同领域的伙伴加入，共同推动传感与成像技术的未来发展。”
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