国产硅锗SPAD芯片实现重大突破，成本直降99%

国产硅锗SPAD芯片实现重大突破，成本直降99%

3月30日，西安电子科技大学胡辉勇教授团队宣布，其研发的基于硅锗工艺的单光子雪崩二极管（SPAD）芯片取得关键性进展，大幅降低了短波红外探测芯片的制造成本。这项成果有望将原本售价高达数千美元的高端探测器，以接近百分之一的价格引入消费电子与自动驾驶等应用场景。

短波红外技术因其独特的环境适应性，如穿透雾霾、夜视成像以及对材料特性的识别能力，被广泛应用于智能手机低光拍摄、车载激光雷达、工业无损检测等领域。然而，传统解决方案普遍依赖铟镓砷（InGaAs）材料，尽管具备优异性能，但由于需使用昂贵的磷化铟衬底，且难以与标准硅基CMOS工艺兼容，导致整体成本居高不下。

胡辉勇团队则选择了一条与现有半导体制造体系高度兼容的技术路径——硅锗（SiGe）工艺。通过硅锗外延平台实现材料制备，并结合成熟的硅基CMOS制造流程，将探测波段扩展至短波红外区域。团队成员王利明表示：“我们正在用智能手机芯片的制造成本，来实现以往昂贵的短波红外探测功能。”

然而，硅与锗之间的晶格失配问题长期困扰该技术的发展。两者的晶格常数差异达4.2%，容易在材料界面引入缺陷，进而导致器件漏电，制约了其产业化进程。为解决这一挑战，团队从多个层面协同优化：通过多层渐变缓冲结构和低温外延技术逐步缓解晶格失配；采用原位退火及钝化手段控制漏电流；并创新SPAD器件结构，优化电场分布，从而实现更清晰的信号输出和更低的噪声水平。

目前，该团队已建立起涵盖“器件设计—外延生长—工艺流片—电路集成—系统验证”的全自主技术链条。预计到2026年底，专用硅锗流片线将建成投产，为后续产品迭代与规模量产提供有力支撑。

（记者 王禹涵）