集成超表面与胶体量子点光电二极管，构建紧凑型SWIR光谱传感器
在IEEE国际电子器件会议（IEDM 2025）上，先进半导体技术研发机构imec展示了其最新成果：一种在300毫米CMOS试产线上实现的超表面与胶体量子点光电二极管（QDPD）集成技术。这种创新方法为微型、高分辨率的短波红外（SWIR）光谱传感器提供了一个可扩展的平台，标志着低成本、高精度光谱成像技术的重大进展。
重塑SWIR传感器的可能性
SWIR传感器因其可探测可见光以外的波长范围，具备穿透塑料、织物等材料的能力，并能在烟雾或雾霾条件下实现成像，已在多个行业中展现出重要价值。然而，传统SWIR传感器由于制造复杂、成本高和体积大，限制了其在更广泛领域的应用。
量子点图像传感器作为SWIR传感的新兴替代方案，具备制造成本低、分辨率高的优势。但目前大多数设计仅支持宽带检测，尚不具备光谱分辨能力。
imec的最新突破在于将胶体量子点光电二极管（QDPD）与超表面集成于统一平台上，并在300毫米CMOS工艺线上实现。胶体量子点作为纳米级半导体材料，可通过调整吸收波长来响应特定红外频率；而超表面作为纳米级光学元件，能精确调控入射光与传感器之间的相互作用。通过在CMOS兼容工艺中实现二者集成，imec构建了一个具备高度可扩展性的微型SWIR光谱探测系统，使得高分辨率、可定制的传感器架构成为可能。
imec研发项目负责人Vladimir Pejovic指出，该技术的核心价值在于其良好的可扩展性。“传统QD图像传感器需针对不同波长重新设计光电二极管结构，成本高且灵活性差。”
“我们通过将复杂度从光电二极管层转移至CMOS层面，利用超表面来控制光谱响应，从而简化了制造流程。这一策略为高分辨率、可定制的SWIR光谱成像系统奠定了基础，并有望推动其在安防、农业、汽车和航空航天等领域的广泛应用。”
跨领域合作推动技术落地
该成果是imec在量子点成像、平面光学与光谱技术等领域的交叉融合下取得的突破。下一步目标是将该技术从原型验证阶段推进至小批量试制，并最终实现量产。
imec产品组合经理Pawel Malinowski表示：“我们的愿景是将这项创新转化为一个可广泛应用于产业界的平台。我们希望与行业伙伴合作，开发定制化图像传感器和集成模块，并在真实应用场景中验证其性能。”
“通过结合imec在光谱分析、QD技术和CMOS制造方面的专长，并与特定应用场景深度融合，我们将加快下一代SWIR传感器的产业化进程。为此，imec诚挚邀请各领域合作伙伴共同推动传感与成像技术的未来发展。”
更多信息请访问：超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：iedm25.mapyourshow.com/8_0/ses…s.cfm?ScheduleID=380
本文由IMEC提供。