国产硅锗单光子雪崩二极管芯片问世
创始人
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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