超曲面集成胶体量子点光电二极管，助力紧凑型单波红外传感器发展
在最近的IEEE国际电子器件会议（IEDM 2025）上，imec展示了一项前沿成果——将胶体量子点光电二极管（QDPD）集成于超曲面之上，基于其300毫米CMOS试验线进行开发。该技术突破为高分辨率、微型化、短波红外（SWIR）光谱传感器的设计提供了新的可能，同时为低成本、高可扩展的成像解决方案树立了新标杆。
拓展短波红外传感的技术边界
短波红外（SWIR）传感器因其能探测可见光以外的波段而具备独特优势。它们能够穿透塑料、织物等材质，在烟雾、雾霾等复杂环境中提供清晰图像。但传统SWIR传感器仍存在高成本、结构复杂、难以微型化等问题，限制了其在多种应用场景中的部署。
新兴的量子点（QD）图像传感器提供了一种替代方案，具有成本低、分辨率高的潜力。不过，目前此类传感器多用于宽带检测，尚未实现对特定光谱波段的高效响应。
为解决这一问题，imec研发团队将胶体量子点光电二极管（QDPD）与超曲面结合，并在其300毫米CMOS试点线中成功实现集成。量子点作为纳米级半导体材料，其光吸收特性可根据需求进行调谐；而超曲面则是一种超薄的纳米结构层，能够精确调控入射光与传感器之间的交互行为。通过将这两项技术结合并嵌入CMOS兼容工艺中，imec建立了一个适用于高分辨率、微型化光谱单波红外探测的可扩展平台。
imec研发项目负责人弗拉基米尔·佩约维奇指出，该技术的显著优势在于其可扩展性。“传统量子点图像传感器要求为每个目标波长重新设计光电二极管层，这不仅增加复杂度，也推高了成本。”他补充道，“我们采用的方案是将复杂性从光电二极管层转移到CMOS层面，利用超曲面来调节光谱响应。这种方式使高分辨率的单波红外光谱传感器能够被快速定制，并有望在安全、农业、汽车和航空航天等领域带来全新的功能。”
协同推动创新落地
这项技术的实现依赖于多个领域的深度协同，涵盖了量子点图像传感器、平面光学（即元曲面）以及光谱成像等多个专业技术方向。目前，该成果仍处于概念验证阶段，下一步目标是推进到小批量试产，最终实现商业化量产。
为加快这一进程，imec正在积极寻求合作伙伴，共同推动技术向市场转化。imec投资组合经理Pawel Malinowski表示：“我们的愿景是将这项技术转化为一个面向产业界的平台，支持合作伙伴开发定制化的图像传感器和集成器件，并在真实场景中验证其性能。”
他还强调，通过结合imec在光谱成像、量子点材料和先进CMOS工艺方面的核心能力，并与特定应用领域的专家协作，可以显著加快下一代SWIR传感器的开发节奏。“我们期待与合作伙伴携手，共同定义未来传感与成像技术的发展方向。”
更多技术细节可访问：IEEE IEDM会议官网
本文内容由IMEC提供。