超构表面集成胶体量子点光电二极管：推动微型化短波红外传感器的发展
在近日举行的IEEE国际电子器件会议（IEDM 2025）上，imec——一家致力于先进半导体技术研发的创新中心，展示了一项突破性成果：将胶体量子点光电二极管（QDPD）集成于超构表面结构上。这项技术开发基于imec的300毫米CMOS试验线，标志着短波红外（SWIR）光谱传感器迈向微型化、可扩展平台的重要一步，并为实现高分辨率且经济高效的光谱成像系统奠定了基础。
短波红外传感技术的革新潜力
短波红外传感器因其能够探测可见光之外的波长，具备在多种复杂环境中提供独特成像能力的优势。例如，它们可以穿透塑料、织物等材料，在烟雾或雾霾条件下依然保持成像清晰度，从而在工业、安防和农业等领域展现出广泛应用前景。
尽管具备上述优点，传统短波红外传感器在成本、体积和制造复杂性方面仍面临挑战，这使得其应用主要局限于一些高端领域。相比之下，基于量子点（QD）技术的图像传感器因其制造成本较低且具备高分辨率的潜力，被视为一种更具可行性的替代方案。然而，目前大多数量子点传感器仍局限于宽带模式，缺乏对特定波长的光谱分辨能力。
imec的研究团队通过将胶体量子点光电二极管与超构表面结合，成功克服了这一限制。胶体量子点作为纳米尺寸的半导体材料，能够通过能带工程实现对特定红外波长的吸收；而超构表面则是一种亚波长尺度的结构，具备调控入射光与传感器相互作用的能力。将这两项技术结合，并兼容CMOS制造工艺，imec打造了一个可扩展的微型短波红外光谱探测器平台，使高分辨率传感器的制造成为可能。
“该技术的最大优势在于其可扩展性，”imec的研发项目负责人Vladimir Pejovic表示。“传统方法需要为每个目标波长重新设计光电二极管结构，这不仅复杂且成本高昂。”
“我们通过将调谐功能从光电二极管层转移到CMOS端的超构表面，简化了设计流程。这种方式不仅提高了灵活性，也为多种应用领域量身定制光谱传感器提供了可能，包括安防、农业、汽车以及航空航天等。”
跨学科合作推动技术落地
此次技术突破得益于imec在量子点成像、平面光学以及光谱成像领域长期积累的跨学科能力。下一步，研究团队的目标是将该技术从实验室概念推进至小批量试产，并最终实现大规模工业化生产。
“我们的愿景是将这项创新转化为一个可广泛应用于行业的产品平台，”imec产品组合经理Pawel Malinowski指出。“我们期待与合作伙伴共同开发定制化的图像传感器，并在实际应用中验证其性能。”
“借助imec在光谱传感、量子点技术及CMOS制造方面的深厚经验，并结合具体行业需求，我们相信这将加速下一代短波红外传感器的商业化进程。因此，imec正积极寻求合作伙伴，共同推动传感与成像技术的持续演进。”
欲了解更多详情，可访问：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
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