超构表面与胶体量子点光电二极管融合，推动微型化短波红外传感器发展
在近日于IEEE国际电子器件会议（IEDM 2025）上展示的一项突破中，imec——这家在先进半导体技术研发方面享有盛誉的创新中心——成功展示了基于其300毫米CMOS试验线所开发的集成超构表面的胶体量子点光电二极管（QDPD）技术。这项创新为短波红外（SWIR）光谱传感器的微型化与可扩展生产提供了全新的技术路径，并为实现高分辨率、低成本的光谱成像方案奠定了基础。
短波红外传感迈向新阶段
短波红外传感器因其能够捕捉超出人眼可见范围的波段，展现出穿透某些材料、如塑料和织物，或在烟雾、雾霾等复杂环境中成像的能力，而成为众多高价值应用中的关键技术。然而，传统SWIR传感器往往受限于高昂的成本、复杂的制造流程和较大的体积，从而限制了其在更广泛领域中的部署。
量子点图像传感器作为新兴方案，凭借其制造成本较低和成像分辨率高的优势，被视为传统技术的有力替代。尽管如此，目前大多数此类设备仍运行在宽带模式，而非具备光谱分辨能力的模式。
imec通过将胶体量子点光电二极管（QDPD）与超构表面结合，成功突破了这一限制。胶体量子点作为可调谐的纳米级半导体材料，能够选择性吸收特定波长的红外光；而超构表面则是一种由纳米结构组成的超薄光学元件，能够精确调控光与传感器的交互方式。借助与标准CMOS工艺兼容的集成方法，imec构建了一个可扩展的微型化SWIR光谱探测平台，从而推动高分辨率光谱成像系统在更小尺度上的实现。
imec的研发项目负责人Vladimir Pejovic指出：“该技术的优势在于其高度的可扩展性。传统方式中，为每个波长重新设计光电二极管层非常复杂，且成本高昂。”
“我们的方法将复杂性转移至CMOS制造端，通过超构表面调控光谱响应，而不依赖于光电二极管结构的复杂调整。这种创新为可定制的高分辨率SWIR光谱传感器铺平了道路，并为安防、农业、汽车及航空航天等应用带来全新可能。”
跨学科合作驱动技术落地
这项成果的实现，得益于imec在量子点图像传感器、超构表面技术及光谱成像领域长期积累的跨学科能力。当前的重点是将该技术从实验室阶段推进至小批量生产，最终实现大规模商业化。
imec产品组合经理Pawel Malinowski表示：“我们的目标是将这一技术发展为一个标准化平台，为行业提供可定制的图像传感器和集成设备。我们正积极寻求合作伙伴，共同推动该技术在实际应用中的部署。”
“通过将imec在光谱技术、量子点材料和先进CMOS工艺方面的优势与具体行业需求相结合，我们希望加速下一代SWIR传感器的研发进程，并将其从概念验证推进至全面量产。为此，我们欢迎更多合作伙伴加入，共同推动传感与成像技术的未来演进。”
更多信息：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。访问：iedm25.mapyourshow.com/8_0/ses … s.cfm?ScheduleID=380
资料来源：IMEC