胶体量子点光电二极管在超曲面集成中的应用推动紧凑型短波红外传感发展
在最近的IEEE国际电子器件会议（IEDM 2025）上，imec展示了其在300毫米CMOS试验线上成功开发的胶体量子点光电二极管（QDPD）与超曲面的集成技术。这一成果标志着紧凑、微型化短波红外（SWIR）光谱传感器研发迈出了关键一步，为实现高分辨率、低成本的光谱成像解决方案提供了可扩展的技术平台。
图示为300毫米晶圆上的超曲面集成。图片来源：imec
短波红外传感迈向新阶段
短波红外（SWIR）传感技术具备在可见光范围之外捕获图像的能力，使其能够识别人眼无法察觉的对比度和材料特性，例如塑料、织物，或在雾霾、烟雾等复杂环境中实现清晰成像。然而，传统SWIR传感器由于成本高昂、结构笨重以及制造工艺复杂，其应用仍受到限制。
量子点图像传感器作为一种新兴技术，为低成本、高分辨率的单波红外传感提供了潜在替代方案。但迄今为止，该类传感器主要以宽带模式工作，缺乏对特定光谱的精确控制。
为了解决这一限制，imec在其300毫米CMOS试验线上成功实现了胶体量子点光电二极管（QDPD）与超曲面的集成。量子点是一种纳米尺度的半导体材料，其吸收特性可调节以匹配特定红外波长，而超曲面则是一种具有纳米图案的超薄光学结构，用于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于CMOS兼容的工艺流程中，imec开发出了一种微型化、高分辨率的单波SWIR光谱探测平台，可利用成熟CMOS制造工艺实现大规模生产。
技术创新推动平台可扩展性
imec研发项目负责人弗拉基米尔·佩约维奇指出，这一技术的关键优势在于其可扩展性。“传统量子点图像传感器在设计时需要为不同波长重新构建复杂的光电二极管结构，这种调整过程在成本与复杂性方面均存在较大挑战。”
“我们通过将设计复杂性转移至CMOS层面，利用超曲面来调节光谱响应，而非改变光电二极管堆叠结构，从而实现了更灵活的光谱控制。”该方法为开发高分辨率、可定制的SWIR光谱传感器开辟了新路径，并有望推动安全、农业、汽车及航空航天等领域的创新应用。
跨学科合作助力技术落地
该成果得益于imec在量子点图像传感器、平面光学（元曲面）和光谱成像等领域多年的技术积累。接下来，该技术将进入从小规模验证向批量生产的过渡阶段。为加快这一进程，imec正积极寻求与产业界伙伴的合作。
imec投资组合经理帕维尔·马利诺夫斯基表示，“我们的目标是将这项创新转化为一个可工业化的平台。”他补充道，“我们希望与各行业合作伙伴携手开发定制化的图像传感器和集成器件，并在实际应用中验证其性能。”
“通过整合imec在光谱成像、量子点技术和先进CMOS制造方面的专长，并结合各行业具体需求，我们期待加速下一代单波红外传感器的成熟与普及。”
如需了解更多，可访问：与胶体量子点光电二极管实现的超曲面共整合，实现了便捷的光谱传感器。
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