超构表面集成胶体量子点光电二极管，打造微型化短波红外传感器平台
在近日举办的IEEE国际电子器件会议（IEDM 2025）上，全球领先的先进半导体技术研发机构imec展示了其在300毫米CMOS试验线中开发出的集成胶体量子点光电二极管（QDPD）于超构表面上的技术成果。该突破性方案为紧凑型短波红外（SWIR）光谱传感器的开发提供了一个高度可扩展的平台，标志着低成本、高分辨率的SWIR光谱成像系统迈入新阶段。
探索短波红外传感的全新路径
短波红外（SWIR）传感器因其可探测可见光以外的波长而具有独特优势，能够穿透某些材料如塑料和织物，并在雾霾、烟雾等复杂环境中实现清晰成像。然而，传统SWIR传感器在成本、尺寸和制造工艺方面存在显著瓶颈，限制了其在主流市场的应用。
近年来，量子点（QD）图像传感器作为SWIR传感的新选择，凭借其成本低、分辨率高的特点备受关注。不过，现有方案大多仍局限于宽带模式，难以实现光谱模式的检测。
imec通过将胶体量子点光电二极管（QDPD）与超构表面相结合，攻克了这一技术难题。胶体量子点是一种纳米级的半导体材料，具备波长可调的特性，可用于吸收特定的红外光。超构表面则是一种超薄的纳米结构层，能够精准控制光的传播与探测行为。将这两种组件融合在CMOS兼容的工艺流程中，imec构建出一个微型化、高分辨率的SWIR光谱传感器平台，该平台具有可扩展性，并且可借助标准CMOS工艺实现大规模制造。
imec的研发项目负责人Vladimir Pejovic表示，该技术的核心优势在于其高度可扩展性。传统量子点传感器若要覆盖不同的波长范围，通常需要重新设计光电二极管结构，导致调整过程既复杂又昂贵。
而imec的创新方案则将这部分复杂性转移至CMOS层面，通过超构表面调控光谱响应，从而避免了对光电二极管堆叠结构的频繁修改。这不仅简化了制造流程，也为高分辨率的定制化SWIR光谱成像传感器铺平了道路，有望广泛应用于安防、农业、汽车和航空航天等多个行业。
跨学科合作推动技术创新
此次突破源于imec在量子点图像传感器、平面光学（超构表面）以及光谱成像技术方面的深度整合。下一步，imec计划将该技术从概念验证阶段推进至小批量试产，最终实现量产。
imec产品组合经理Pawel Malinowski指出，其目标是将这一创新成果转化为适用于行业的标准化平台。公司正积极寻求合作伙伴，共同开发定制图像传感器与集成器件，并在真实应用场景中验证其性能。
通过整合imec在光谱分析、量子点技术、先进CMOS工艺以及特定应用需求方面的专长，团队致力于加快下一代SWIR传感器的商业化进程。为此，imec呼吁更多合作伙伴加入，共同推动传感与成像技术的未来演进。
如需了解更多，请访问：超构表面与胶体量子点光电二极管集成实现的简易光谱传感器
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本文资料由IMEC提供。