国产SPAD芯片成本骤降，短波红外技术进入规模化应用新阶段
西安电子科技大学胡辉勇教授团队近日取得关键性突破，成功开发出基于硅锗（SiGe）工艺的单光子雪崩二极管（SPAD）芯片。该技术将原本动辄数千美元的短波红外探测器制造成本大幅降低至百分之一，为消费电子、智能驾驶和工业检测等领域的广泛应用扫清了经济性障碍。
短波红外（SWIR）传感技术具备卓越的环境适应能力，包括穿透雾霾、夜间成像以及多材料识别功能，因此在智能手机低照度成像、汽车激光雷达、工业无损检测等多个领域备受关注。传统方案依赖铟镓砷（InGaAs）材料，尽管具备优异性能，但受限于磷化铟（InP）衬底高昂的成本，且与硅基CMOS工艺兼容性差，导致器件价格居高不下，限制了其大规模应用。
胡辉勇团队选择硅锗作为核心材料平台，与当前主流半导体制造体系高度兼容。团队首先通过硅锗外延技术完成材料制备，再利用成熟的CMOS工艺平台构建探测单元，使器件响应波长拓展至短波红外波段。这一做法大幅降低了制造门槛，实现了从“高成本定制”向“标准硅基量产”的跨越。
然而，硅与锗的晶格失配问题一直是硅基SWIR器件发展的技术瓶颈。两者晶格常数差异高达4.2%，容易引发晶体缺陷和漏电流，导致器件性能不稳定。为解决这一长期困扰业界的难题，团队在材料结构和工艺优化方面多线并进：采用多层渐变缓冲层与低温外延技术逐步缓解原子排列失配；引入原位退火和钝化技术以控制漏电流；并创新SPAD结构设计，优化电场分布，从而提升信噪比和探测效率。
目前，该团队已建立起从器件设计、材料生长、工艺流片到系统验证的完整研发闭环。同时，为推动技术产业化，团队正在建设专用硅锗流片线，预计2026年底建成投产。这一基础设施的完善将为后续产品迭代提供快速验证和稳定的量产支持，进一步加快短波红外传感技术的商业化进程。
（记者 王禹涵）