国产硅锗单光子雪崩二极管芯片问世_元器件

国产硅锗单光子雪崩二极管芯片问世

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2026-04-01 14:49:40

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来源：科技日报

3月30日，记者从西安电子科技大学获悉，该校胡辉勇教授团队成功研制出基于硅锗工艺的单光子雪崩二极管（SPAD）芯片，将短波红外探测技术的制造成本大幅降低。这项突破让原本单颗动辄数千美元的高端芯片，有望以百分之一的成本进入智能手机、车载激光雷达等领域。

短波红外技术具备穿透雾霾、在黑夜中清晰成像的能力，还可识别不同物质的材质特征。它在智能手机暗光拍照、车载激光雷达、工业无损检测等领域拥有广阔前景。但长期以来，主流方案多采用铟镓砷材料，虽然性能出色，却受限于昂贵的磷化铟衬底，难以与硅基CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺兼容，单颗芯片成本动辄数百至数千美元。

“这就像用造航天飞机的方式去造家用电器，成本与规模不在一个量级。”团队核心成员王利明打了个比方。

胡辉勇团队选择了一条与现有半导体产业链高度契合的技术路线——硅锗。他们利用硅锗外延工艺平台完成材料生长，再借助标准硅基CMOS工艺平台制备探测器件，将探测范围拓展至短波红外波段。“这意味着，我们是在用造手机芯片的成本，去做过去只有‘天价’才能实现的短波红外探测器。”王利明说。

不过，硅与锗的原子排列周期之间存在4.2%的晶格失配，这种错位会导致材料缺陷和探测器漏电，让该技术在20多年里难以走出实验室。为了攻克这一难题，团队在多个环节同时发力：设计多层渐变缓冲层配合低温生长技术，逐步减少原子级失配；采用原位退火和钝化技术抑制漏电；通过创新的SPAD结构设计优化电场分布，让信号更清晰、噪声更低。

如今，团队已构建起覆盖“器件设计—材料外延—工艺流片—电路匹配—系统验证”的全链条自主研发能力。正在推进的硅锗专用流片线预计2026年底建成，将为后续产品迭代提供快速验证与可控产能支撑。

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