集成胶体量子点光电二极管于超构表面，推动紧凑型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，先进半导体技术研究中心imec宣布，其在300毫米CMOS试验线上成功实现了胶体量子点光电二极管（QDPD）在超构表面（metasurface）上的集成。这项技术突破为高分辨率、微型化短波红外（SWIR）光谱传感器的开发提供了一个具备可扩展性的平台，预示着经济高效成像技术的新方向。
拓展短波红外传感器的应用边界
短波红外传感器因其能够探测人眼不可见的波段而具备独特优势，适用于穿透某些材料（如塑料或织物）或在恶劣环境（如雾霾或烟雾中）实现成像。然而，传统SWIR传感器由于成本高、体积大且制造复杂，限制了其广泛应用。
近年来，量子点图像传感器作为替代方案进入研究焦点，尤其因其成本低且具备高分辨率的潜力而备受关注。但目前该类传感器仅支持宽带响应，难以满足对多光谱信息有需求的应用。
为解决这一问题，imec将胶体量子点光电二极管与超构表面集成在同一CMOS平台上。胶体量子点是一种可调谐的纳米材料，能够针对特定红外波段进行吸收；而超构表面是一种超薄的纳米结构层，可精确调控入射光与传感器之间的相互作用。通过将这两项技术整合至CMOS兼容的制造流程中，imec成功构建了一个具备可扩展性、微型化且高分辨率的SWIR光谱探测平台。
imec的研发负责人Vladimir Pejovic指出，这项技术的最大优势在于其制造过程的可扩展性。“传统方法需要为每个波段重新设计复杂的光电二极管层，这不仅复杂且成本高昂。”
“而我们的方案将复杂性转移到CMOS工艺层面上，通过超构表面实现光谱响应的调整，而不是改变光电二极管结构。这为开发高分辨率、可定制的SWIR光谱成像器奠定了基础，并有望在安防、农业、汽车、航空航天等领域释放新的功能价值。”
多领域协作推动技术落地
此次突破得益于跨学科合作，融合了imec在量子点传感、平面光学及光谱成像方面的深厚积累。下一步目标是将该技术由实验室原型推进至小批量试产，并最终实现大规模量产。为此，imec正在积极寻求合作伙伴。
产品组合经理Pawel Malinowski表示：“我们希望将这一创新转化为行业可用的技术平台，并与合作伙伴共同开发定制化图像传感器和集成器件。”
“通过整合imec在光谱传感、量子点材料及CMOS制造上的核心能力，并结合各应用领域的具体需求，我们将加快这一技术从概念验证走向实际应用的步伐。因此，我们期待与更多行业伙伴携手，共同推动传感与成像技术的演进。”
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