超曲面集成胶体量子点光电二极管，推动微型化短波红外传感器发展
在最近的IEEE国际电子器件会议（IEDM 2025）上，全球领先的半导体研究机构imec展示了其在300毫米CMOS试验线上的最新成果——将胶体量子点光电二极管（QDPD）集成于超曲面结构中。这一创新技术为开发高性能、微型化短波红外（SWIR）光谱传感器提供了可扩展的平台，并为高分辨率、低成本的光谱成像方案设定了新标杆。
短波红外传感技术迈向新阶段
短波红外（SWIR）传感器因其能够在可见光范围之外捕捉波长信息，具备透视某些材料（如塑料或织物）的能力，并能在雾霾或烟雾等复杂环境下提供清晰成像，因此在工业、安防、农业等多个领域具有广泛应用潜力。然而，传统SWIR传感器往往存在成本高、体积大、制造工艺复杂等限制。
量子点（QD）图像传感器作为一种新兴的单波红外传感器方案，因其具备低制造成本和高分辨率的优势而备受关注。然而，目前大多数应用仍停留在宽带模式，尚未实现真正的光谱模式。
imec通过将胶体量子点光电二极管（QDPD）与超曲面结构集成，突破了上述技术瓶颈。量子点作为纳米级半导体材料，可调谐吸收特定红外波长；而超曲面则是一种超薄纳米结构层，可精准调控光与传感器之间的相互作用。通过将这两项技术整合到标准CMOS制造流程中，imec构建了一个可扩展、微型化、高分辨率的光谱探测器平台，为未来SWIR传感器的微型化和可量产化奠定了坚实基础。
imec研发项目负责人弗拉基米尔·佩约维奇指出，这项技术在可扩展性方面具有明显优势。传统QD图像传感器在调整不同波长时，需重新设计复杂的光电二极管堆叠结构，不仅复杂且成本高昂。
“我们的方法将设计复杂性转移至CMOS层面，通过超曲面调节光谱响应，无需更改光电二极管结构。” 他表示，这种创新为实现高度可定制、高分辨率的SWIR光谱传感器铺平了道路，并为多个应用领域带来新的可能性，包括安防、农业、自动驾驶和航空航天。
跨领域协作驱动技术落地
这一技术突破是imec在量子点图像传感器、平面光学（元曲面）以及光谱成像等多个学科领域长期积累的成果。下一步，imec计划推动该技术从概念验证阶段逐步向小批量生产和全面量产过渡。
“我们的目标是将这一创新转化为面向产业的成熟平台，” imec投资组合经理帕维尔·马利诺夫斯基表示，“我们希望携手合作伙伴，共同开发定制化图像传感器和集成器件，并在实际应用场景中验证其性能。”
“通过整合imec的光谱成像专长、量子点技术优势和先进的CMOS工艺能力，我们期待与各行业伙伴合作，推动下一代单波红外传感器从实验室走向大规模制造。”
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