imec成功将胶体量子点光电二极管集成到在12英寸CMOS晶圆上开发的超表面上

当地时间12月11日，在IEEE国际电子器件会议（IEDM 2025）上，imec（比利时微电子研究中心）成功展示了在其300毫米CMOS试验线上开发的超表面上集成胶体量子点光电二极管（QDPD）。这一开创性方法为开发紧凑型、微型化的短波红外（SWIR）光谱传感器提供了一个可扩展的平台，为经济高效的高分辨率光谱成像解决方案树立了新的标杆。

开启短波红外传感的新可能

短波红外 (SWIR) 传感器具有独特的功能。通过探测可见光谱以外的波长，它们可以揭示人眼无法看到的对比度和特征，因此能够穿透某些材料，例如塑料或织物，或在雾霾和烟雾等恶劣环境下进行成像。然而，传统的短波红外传感器仍然价格昂贵、体积庞大且制造难度高，限制了其应用范围。量子点 (QD) 图像传感器作为一种新型的短波红外传感器，提供了一种很有前景的替代方案，它兼具低成本和高分辨率。但迄今为止，它们的工作模式仍是宽带模式，而非光谱模式。

imec 通过成功地将胶体量子点光电二极管 (QDPD) 与在其 300 毫米 CMOS 试验线上开发的超表面集成，解决了这一挑战。量子点是纳米级半导体，可以调谐以吸收特定的红外波长；而超表面是纳米图案化的超薄层，能够精确控制光与传感器的相互作用。通过将这些元件集成到与 CMOS 兼容的工艺中，imec 创建了一个可扩展的微型短波红外 (SWIR) 光谱探测器平台，从而提供了一种紧凑、高分辨率的传感器架构，该架构可以使用标准 CMOS 工艺制造。

“这项技术最突出的优势在于其可扩展性，” imec研发项目负责人Vladimir Pejovic表示。“传统的量子点图像传感器需要针对每个波长重新设计复杂的光电二极管层，这使得针对不同应用的频谱调整既复杂又昂贵。我们的方法将这种复杂性转移到CMOS层面，利用超表面来调节光谱响应，而不是改变光电二极管堆叠结构。这为轻松定制高分辨率光谱短波红外（SWIR）传感器铺平了道路，并为安防、农业、汽车、航空航天等领域的新功能开发铺平了道路。”

通过协作加速创新

这项突破是多学科合作的成果，融合了imec在量子点图像传感器、平面光学（超表面）和光谱成像领域的专业知识。下一步是将这项技术从概念验证阶段扩展到小批量生产，最终实现大规模量产。为了加速这一转变，imec诚邀合作伙伴携手共进。

“我们的目标是将这项突破性技术转化为一个可应用于行业的平台，” imec产品组合经理Pawel Malinowski解释道。“我们希望与合作伙伴携手开发定制图像传感器和集成器件，并在实际应用中验证这项技术。通过将imec的光谱专业知识、量子点技术以及先进的CMOS工艺能力与特定应用领域相结合，我们旨在加速创新，并将下一代短波红外（SWIR）传感器从概念验证阶段推进到全面量产阶段。因此，imec欢迎与合作伙伴共同努力，携手塑造传感和成像的未来。”