超构表面集成胶体量子点光电二极管，助力紧凑型SWIR传感器发展
在近日举行的IEEE国际电子器件会议（IEDM 2025）上，先进半导体研发机构imec展示了其在300毫米CMOS试验线上研发的创新成果——将胶体量子点光电二极管（QDPD）集成于超构表面上的新型传感器架构。该技术为开发微型化、高集成度的短波红外（SWIR）光谱传感器提供了一个具备可扩展性的平台，同时推动了高分辨率光谱成像技术向低成本、高效率方向演进。
重新定义短波红外成像边界
SWIR传感器凭借其对可见光波段外的光谱响应能力，能够揭示人眼无法感知的图像对比度，适用于多种复杂环境下的成像任务，如穿透塑料、织物材料，或在烟雾、雾霾中获取清晰图像。
然而，传统SWIR传感器受限于高昂成本、复杂制造工艺和体积问题，仅在部分高端应用中可见。相比之下，基于量子点（QD）的图像传感器因具备低成本与高分辨率的潜力而成为新兴解决方案。但目前多数QD传感器仍局限于宽带响应，缺乏光谱选择性。
imec通过将胶体量子点光电二极管与超构表面集成，成功克服了上述限制。胶体量子点具备可调谐的吸收特性，能够响应特定红外波长；而超构表面则是一种亚波长尺度的结构化光学元件，可精准调控光与传感元件的交互。借助CMOS兼容的制造流程，imec构建了一个微型、高集成度且具备光谱响应能力的SWIR探测器平台，为下一代传感器提供了新的架构范式。
“这项技术的真正价值在于其可扩展性，” imec研发项目负责人Vladimir Pejovic表示。“传统QD图像传感器需要为每个波长重新设计光电二极管层，操作复杂且成本高昂。而我们的方法将设计复杂度转移到CMOS层面，通过超构表面调节光谱响应，无需修改光电二极管结构，大幅提升了定制化与灵活性。”
这一进步不仅为高分辨率光谱SWIR传感器提供了新的实现路径，也预示着其在安防、农业、汽车与航天等领域的广泛应用前景。
跨学科合作推动技术落地
此次突破源于imec在量子点图像传感器、超构表面光学及光谱成像领域的多年积累。当前，该技术已进入概念验证阶段，下一步将迈向小批量试产，最终实现大规模生产。
“我们希望将这项技术转化为一个开放平台，服务于工业界和学术界的实际应用需求。” imec产品组合经理Pawel Malinowski表示。“我们正积极寻找合作伙伴，共同开发定制化图像传感器及集成系统，并在真实场景中验证其性能与价值。”
通过将imec在光谱传感、量子点材料和先进CMOS制造方面的专长与各行业应用需求结合，团队致力于加速SWIR传感器从实验室走向市场，为下一代光学传感技术奠定基础。
更多详情可参考：超构表面与胶体量子点光电二极管集成：构建简易光谱传感器
本文由IMEC提供。