集成超构表面与胶体量子点光电二极管，打造新型紧凑型SWIR传感器
在2025年IEEE国际电子器件会议（IEDM）上，IMEC展示了其在300毫米CMOS试验线上开发的创新技术，即将胶体量子点光电二极管（QDPD）集成到超构表面结构中。这一突破为开发微型化、高分辨率的短波红外（SWIR）光谱传感器提供了可扩展的解决方案，标志着低成本、高性能光谱成像技术的新进展。
短波红外传感迈向新阶段
短波红外（SWIR）传感器因其能在可见光范围外工作，具备穿透塑料、织物等材料的能力，并在烟雾、雾霾等恶劣环境中保持成像性能，因此在多个工业和科研领域具有重要价值。然而，传统SWIR传感器受限于高昂的成本、较大的体积和复杂的制造流程，使其难以广泛部署。
量子点图像传感器作为SWIR成像的新兴替代方案，展现出低成本和高分辨率的优势。不过，目前大多数基于量子点的传感器仍停留在宽带成像模式，而未进入更精细的光谱分辨领域。
IMEC此次提出的技术方案通过将胶体量子点光电二极管与超构表面结合，成功实现了光谱传感功能。胶体量子点作为可调谐吸收特定红外波长的纳米材料，配合超构表面这一纳米级光调控结构，为构建微型、高性能的SWIR光谱探测器提供了基础。这一集成方案与CMOS工艺兼容，具备良好的可扩展性。
IMEC的研发项目负责人Vladimir Pejovic指出，该技术的核心优势在于其可扩展性。传统量子点图像传感器需要根据不同的波长重新设计光电二极管结构，导致设计周期长且成本高。而IMEC的方法将这一复杂性转移到CMOS层面，通过超构表面调控光谱响应，从而简化了传感器的制造流程。
这种设计策略为开发高分辨率、易于定制的SWIR光谱传感器铺平了道路，并有望推动其在安防、农业、汽车和航空航天等领域的应用。
跨学科协作推动技术成熟
此次突破性成果源于IMEC在量子点成像、平面光学（超构表面）以及光谱成像技术方面的深厚积累。目前，IMEC正致力于将该技术从概念验证阶段推进至小批量生产和最终的规模化量产。
IMEC产品组合经理Pawel Malinowski表示，目标是将该技术转化为可被广泛采用的工业级平台。他强调，与合作伙伴协同开发定制化图像传感器和集成设备，并在实际应用场景中验证其性能，是推动该技术落地的关键。
通过整合IMEC在光谱技术、量子点材料开发和先进CMOS制造工艺方面的专长，并与各行业应用需求对接，IMEC希望加速下一代SWIR传感器的商业化进程。为此，IMEC正在积极寻求产业伙伴，共同推进传感与成像技术的未来发展。
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资料来源：IMEC