imec推出集成超构表面与胶体量子点的微型短波红外传感器

imec推出集成超构表面与胶体量子点的微型短波红外传感器

在最近举行的IEEE国际电子器件会议（IEDM 2025）上，比利时微电子研究中心imec展示了其在300毫米CMOS试产线上开发的突破性成果——将胶体量子点光电二极管（QDPD）与超构表面结合。该方案为制造微型、高分辨率的短波红外（SWIR）光谱传感器提供了一个具有可扩展性的平台，推动了成本效益和性能兼具的成像系统的发展。

SWIR传感器：透视现实的新窗口

短波红外传感器在探测不可见光方面具有显著优势，能够穿透塑料、布料等材料，或在雾霾和烟雾中实现成像。这些特性使其在机器视觉、农业监控、安防等领域展现出巨大潜力。然而，传统SWIR设备往往存在体积大、造价高、制造复杂等问题，阻碍了其在更广泛场景中的部署。

相比之下，基于量子点的图像传感器因其低成本和高分辨率成为SWIR应用的理想候选。但截至目前，大多数量子点传感器仅能实现宽带成像，无法提供光谱信息，从而限制了其分析能力。

imec通过将胶体量子点光电二极管与超构表面相结合，解决了这一瓶颈。量子点作为可调谐的纳米级半导体，具备选择性吸收红外波长的能力；而超构表面作为一种亚波长结构，可精准调控光与器件之间的交互。这一创新技术在CMOS兼容工艺下实现集成，为微型化、高分辨率的SWIR光谱传感提供了全新路径。

imec的研发项目负责人Vladimir Pejovic指出，该技术的关键优势在于其可扩展性。传统方法需要为每个目标波长重新设计光电二极管结构，导致设计与制造过程复杂且昂贵。而imec的方案则将光谱调谐的任务转移至CMOS层，通过超构表面实现光谱响应调节，从而大幅简化了工艺流程。

这一方法不仅提升了定制化能力，还为多种行业应用带来了新的可能性，包括安防、农业、自动驾驶和航空航天等。通过将复杂设计从器件层转移到制造层，该平台有望推动高精度光谱成像的普及。

跨学科协作推动技术落地

此次突破是imec在量子点成像、平面光学和光谱技术等多个领域长期积累的成果。目前，该技术正处于概念验证阶段，下一步目标是推进至小批量生产和最终的大规模量产。

imec产品组合经理Pawel Malinowski强调，该机构希望与产业链上下游合作伙伴协同推进，将这项技术转化为实际可用的传感器平台。通过整合imec在光谱分析、量子点材料和CMOS制造方面的专长，结合行业应用需求，将有助于加速下一代SWIR传感器的商业化进程。

“我们的愿景是与合作伙伴共同开发定制化的图像传感器与集成系统，并在实际环境中验证其性能。这不仅将促进技术迭代，也将重塑未来传感与成像的格局。”