imec 技术突破：实现胶体量子点光电二极管与超表面的集成

上周，比利时微电子研究中心（imec）宣布，其已在旗下 300 毫米 CMOS 先导工艺线上，成功实现胶体量子点光电二极管（QDPDs）与超表面的集成。该机构表示，这一技术方案为紧凑型、微型化短波红外（SWIR）光谱传感器搭建了可扩展的研发平台，有望为高性价比、高分辨率光谱成像解决方案树立全新标杆。通过探测可见光波段以外的波长，短波红外传感器能够捕捉到人眼无法识别的对比度与特征细节，因此可穿透塑料、织物等特定材料，也能在雾霾、烟雾等恶劣环境下正常成像。

然而，传统短波红外传感器始终存在成本高昂、体积庞大且制造难度大的问题，这使其应用范围局限于小众领域。

量子点图像传感器则凭借低成本与高分辨率兼备的优势，成为极具潜力的替代方案。但截至目前，这类传感器仍只能实现宽波段探测，尚不具备光谱探测模式。

图：（左图）：比利时微电子研究中心（imec）已在 300 毫米 CMOS 晶圆所制备的超表面上，实现了胶体量子点光电二极管的集成。（右图）：300 毫米 CMOS 晶圆截面的扫描电子显微镜图像。

图｜相关论文（来源：imec）

为攻克这一难题，比利时微电子研究中心（imec）成功将胶体量子点光电二极管（QDPDs），与基于 300 毫米 CMOS 先导工艺线制备的超表面进行了共集成。

量子点是一种纳米级半导体材料，可通过调控实现对特定红外波长的吸收；而超表面则是一类带有纳米图案的超薄薄膜，能够对光与传感器之间的作用方式进行精准调控。

imec 表示，通过在 CMOS 兼容工艺中整合这两种核心元件，该机构打造出了适用于微型化短波红外光谱探测器的可扩展平台，由此构建的传感器架构不仅体积紧凑、分辨率高，还可依托标准 CMOS 工艺进行量产。

imec 研发项目负责人Vladimir Pejovic表示：“这项技术的独到之处，在于其具备可扩展性。传统量子点图像传感器针对不同波长，都需要重新设计复杂的光电二极管层，这使得针对各应用场景的光谱调试工序繁琐且成本高昂。而我们的方案将这种复杂性转移至 CMOS 工艺层面，借助超表面来实现光谱响应的调控，无需对光电二极管堆叠结构进行改动。这一技术为轻松定制高分辨率短波红外光谱传感器打开了大门，也为安防、农业、汽车、航空航天等诸多领域的功能升级铺平了道路。”

该技术的下一步研发方向，是从概念验证阶段拓展至小批量试产，最终实现大规模量产。为加快这一转化进程，imec 现诚邀合作伙伴共同开展研发协作。

imec 产品组合经理Pawel Malinowski称：“我们的目标，是将这项突破性技术打造为可投入工业应用的成熟平台。”

此项技术成果已于2025 年 IEEE 国际电子器件会议（IEDM） 上正式发布。