国产SPAD芯片突破成本瓶颈，开启短波红外应用新篇章

国产SPAD芯片突破成本瓶颈，开启短波红外应用新篇章

西安电子科技大学胡辉勇教授团队于3月30日宣布，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（SWIR）探测芯片的制造成本，为该技术在消费电子、汽车电子和工业检测等领域的广泛应用扫清了关键障碍。

短波红外探测技术具备穿透雾霾、在低照度环境下成像以及识别材料光谱特征的能力，在智能手机低光摄影、汽车激光雷达、无损检测等领域具有重要应用潜力。然而，传统方案依赖的铟镓砷（InGaAs）材料，因需使用昂贵的磷化铟（InP）衬底，不仅成本高昂，还难以兼容主流的硅基CMOS制造工艺，导致芯片单价可达数百乃至数千美元。

胡辉勇团队选择硅锗作为替代方案，充分结合现有半导体制造体系。团队利用硅锗外延技术完成材料制备，再基于标准CMOS工艺平台构建探测结构，将探测波段拓展至短波红外范围。这种工艺路径有效降低了制造门槛，使短波红外探测器的成本可压缩至传统方案的百分之一。“我们正以手机芯片的制造成本，实现原本需要高成本工艺才能完成的短波红外探测。”项目成员王利明表示。

尽管硅与锗之间存在4.2%的晶格失配，导致材料缺陷与漏电问题，成为该技术发展20多年来始终未能实现产业化的瓶颈，但研究团队通过多项技术创新予以突破。包括设计多层渐变缓冲层并结合低温外延工艺，逐步缓解晶格失配；采用原位退火与钝化工艺抑制漏电流；并通过优化SPAD结构，改善电场分布，从而提升探测信噪比。

目前，该团队已建立起从器件设计、材料外延、工艺流片、电路匹配到系统验证的完整自主开发体系。预计2026年底将建成面向硅锗工艺的专用流片线，为产品后续迭代和量产提供高效的验证平台及可控的制造能力。

（记者 王禹涵）