国产硅锗SPAD芯片实现短波红外探测成本突破

国产硅锗SPAD芯片实现短波红外探测成本突破

3月30日，西安电子科技大学发布消息，胡辉勇教授团队成功研发出基于硅锗（SiGe）工艺的单光子雪崩二极管（SPAD）芯片。该成果显著降低了短波红外探测器的制造成本，使原本数千美元的高端器件有望以不到百分之一的价格，应用于消费电子、智能驾驶等广泛领域。

短波红外（SWIR）技术具备穿透雾霭、夜间成像清晰等特性，同时可识别材料光谱特征，广泛适用于智能手机暗光拍摄、车载激光雷达（LiDAR）及工业无损检测等场景。然而，传统方案多依赖铟镓砷（InGaAs）材料，受限于磷化铟（InP）衬底高昂的成本以及与硅基CMOS工艺兼容性差的问题，导致器件成本居高不下，难以规模化应用。

胡辉勇团队另辟蹊径，采用硅锗外延生长技术，结合标准硅基CMOS制程，成功将探测波段拓展至SWIR波段。这种路线不仅与现有半导体制造体系高度兼容，还大幅降低了制造门槛。“这相当于用智能手机芯片的工艺成本，制造出原本只有高成本方案才能实现的短波红外探测器。”项目成员王利明表示。

尽管硅与锗之间的晶格失配仅为4.2%，但这一微小的不匹配却会在器件中引发材料缺陷和漏电问题，严重制约了技术的产业化进程。为解决这一挑战，团队从多个维度着手：采用多层渐变缓冲结构与低温外延生长技术逐步缓解晶格应力；引入原位退火和钝化工艺以抑制漏电流；并通过SPAD结构的创新设计优化电场分布，从而提升信号质量与信噪比。

目前，该团队已建立起覆盖“器件设计—外延材料生长—工艺制程—电路匹配—系统测试验证”的完整自主技术体系。预计2026年底，一条专用于硅锗SPAD芯片的流片线将正式建成，届时可为技术迭代和量产提供高效验证与稳定产能保障。