超构表面集成胶体量子点光电二极管，推动紧凑型短波红外传感器发展
在近日举行的IEEE国际电子器件会议（IEDM 2025）上，imec——一家专注于先进半导体技术研发的创新中心，展示了其最新成果：在300毫米CMOS试验线上实现的超构表面上集成的胶体量子点光电二极管（QDPD）。这项技术突破不仅为短波红外（SWIR）光谱传感器的小型化和高性能开发提供了新路径，也为高分辨率、低成本的光谱成像系统树立了新的技术标准。
突破传统，拓展短波红外应用边界
短波红外传感器凭借其在可见光以外的波长探测能力，能够揭示肉眼不可见的图像细节，具备穿透某些材料（如塑料和织物）的能力，并在雾霾、烟雾等复杂环境下保持成像清晰性。然而，传统SWIR传感器普遍存在成本高、体积大、制造工艺复杂等问题，限制了其在更广泛行业中的应用。
近年来，基于胶体量子点（QD）的图像传感器作为新兴SWIR方案，因其制造成本较低、成像分辨率高而受到广泛关注。但这类器件目前大多仅支持宽带检测，无法实现精确的光谱分析。
imec通过将胶体量子点光电二极管与纳米级超构表面集成，成功克服了这一瓶颈。胶体量子点作为可调节光谱响应的纳米半导体材料，能够选择性吸收特定红外波长；而超构表面则是一种基于亚波长结构的超薄光学元件，可对入射光进行精确调控。将两者结合，并兼容标准CMOS工艺流程，imec构建了一个可扩展、微型化的SWIR光谱检测平台，为高分辨率、低成本的下一代红外传感器提供了全新架构。
imec的研发项目负责人Vladimir Pejovic表示，这项技术的最大亮点在于其高度的可扩展性。传统QD图像传感器在调整光谱响应时，往往需要重新设计并制造复杂的光电二极管层，导致开发过程繁琐且成本高昂。
相比之下，imec的解决方案将光谱调控的复杂性移至CMOS层面，借助超构表面实现光谱响应的灵活调节，而无需改动光电二极管结构。这种方式不仅简化了制造流程，也为安防、农业、汽车、航空航天等多个领域提供了可定制的高分辨率光谱传感器。
协同合作，推动技术产业化
此次技术突破的背后，是imec在量子点成像、超构表面设计与光谱成像等领域深厚的技术积累和跨学科协作的成果。未来，imec计划将该技术从原型验证阶段逐步推进到小批量试产，最终实现量产。
imec产品组合经理Pawel Malinowski指出，该团队的目标是将这一技术发展为一个可用于产业应用的开放平台。他们正积极寻求合作伙伴，共同开发面向具体应用场景的图像传感器和集成器件，并在实际环境中验证其性能。
通过结合imec在光谱技术、量子点材料与先进CMOS工艺方面的专长，以及合作伙伴在特定应用领域的知识，团队希望加快下一代短波红外传感器的产业化进程，推动传感和成像技术迈向更广阔的未来。
如需了解更多详情，请访问：超构表面与胶体量子点光电二极管的集成，实现简易光谱传感器
本文资料由IMEC提供。