科技日報訊 （記者王禹涵）3月30日，記者從西安電子科技大學(xué)獲悉，該校胡輝勇教授團隊成功研制出基于硅鍺工藝的單光子雪崩二極管（SPAD）芯片，將短波紅外探測技術(shù)的制造成本大幅降低。這項突破讓原本單顆動輒數(shù)千美元的高端芯片，有望以百分之一的成本進入智能手機、車載激光雷達等領(lǐng)域。
短波紅外技術(shù)具備穿透霧霾、在黑夜中清晰成像的能力，還可識別不同物質(zhì)的材質(zhì)特征。它在智能手機暗光拍照、車載激光雷達、工業(yè)無損檢測等領(lǐng)域擁有廣闊前景。但長期以來，主流方案多采用銦鎵砷材料，雖然性能出色，卻受限于昂貴的磷化銦襯底，難以與硅基CMOS（互補金屬氧化物半導(dǎo)體）工藝兼容，單顆芯片成本動輒數(shù)百至數(shù)千美元。
“這就像用造航天飛機的方式去造家用電器，成本與規(guī)模不在一個量級。”團隊核心成員王利明打了個比方。
胡輝勇團隊選擇了一條與現(xiàn)有半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈高度契合的技術(shù)路線——硅鍺。他們利用硅鍺外延工藝平臺完成材料生長，再借助標(biāo)準(zhǔn)硅基CMOS工藝平臺制備探測器件，將探測范圍拓展至短波紅外波段?！斑@意味著，我們是在用造手機芯片的成本，去做過去只有‘天價’才能實現(xiàn)的短波紅外探測器?！蓖趵髡f。
不過，硅與鍺的原子排列周期之間存在4.2%的晶格失配，這種錯位會導(dǎo)致材料缺陷和探測器漏電，讓該技術(shù)在20多年里難以走出實驗室。為了攻克這一難題，團隊在多個環(huán)節(jié)同時發(fā)力：設(shè)計多層漸變緩沖層配合低溫生長技術(shù)，逐步減少原子級失配；采用原位退火和鈍化技術(shù)抑制漏電；通過創(chuàng)新的SPAD結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化電場分布，讓信號更清晰、噪聲更低。
如今，團隊已構(gòu)建起覆蓋“器件設(shè)計—材料外延—工藝流片—電路匹配—系統(tǒng)驗證”的全鏈條自主研發(fā)能力。正在推進的硅鍺專用流片線預(yù)計2026年底建成，將為后續(xù)產(chǎn)品迭代提供快速驗證與可控產(chǎn)能支撐。
（責(zé)任編輯：蔡文斌）
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