西电杭州研究院：硅锗 SPAD 芯片突破

发布时间：2026-03-26

：3 月 25 日，西安电子科技大学杭州研究院集成电路研究所胡辉勇团队宣布，成功研制出基于硅锗（SiGe）工艺的单光子雪崩二极管（SPAD）芯片。该技术将短波红外（SWIR）探测的制造成本从 “航天级” 大幅降至民用级，标志着该项高端传感技术有望大规模走进消费与工业市场。🧬 核心背景：为何此前难以民用？短波红外探测被誉为 “感知之眼”，具备穿透雾霾、夜间成像、物质识别等独特能力，但长期面
：3 月 25 日，西安电子科技大学杭州研究院集成电路研究所胡辉勇团队宣布，成功研制出基于硅锗（SiGe）工艺的单光子雪崩二极管（SPAD）芯片。该技术将短波红外（SWIR）探测的制造成本从 “航天级” 大幅降至民用级，标志着该项高端传感技术有望大规模走进消费与工业市场。

🧬 核心背景：为何此前难以民用？

短波红外探测被誉为 “感知之眼”，具备穿透雾霾、夜间成像、物质识别等独特能力，但长期面临 **“不可能三角”** 困境：
  1. 成本极高：主流方案依赖 ** 铟镓砷（InGaAs）** 材料，原料昂贵且无法兼容标准硅产线，单颗芯片价格动辄数千美元，仅服务军工与航天场景。
  2. 集成困难：非硅基工艺导致良率低、难以大规模集成，无法适配手机、车载等消费级电子系统。

🔬 技术突破：硅锗工艺如何破局？

团队采用硅锗外延 + 标准 CMOS混合技术路线，攻克了原子级匹配难题，实现三大核心跨越：
  1. 工艺兼容，降本百倍
    • 利用专有硅锗外延平台拓展探测波段，再通过成熟的8 英寸 / 12 英寸硅基 CMOS 产线制备器件。
    • 成本革命：理论制造成本可降至传统 InGaAs 方案的1%-10%，意味着能用制造手机芯片的成本，制造原本天价的红外探测器。
  2. 攻克 “原子错位” 难题
    • 硅与锗原子排列存在 4.2% 的晶格失配，易导致材料缺陷与漏电。团队通过多层渐变缓冲层 + 低温生长技术解决失配问题，并采用原位退火与钝化技术抑制漏电，实现近室温稳定工作。
  3. 性能达国际先进
    • 核心指标探测效率与噪声抑制已达国际先进水平，完全自主知识产权，已应用于国内军工工程项目，并获中国创新创业大赛省级一等奖西电。

🛠️ 技术架构与创新点

  • 核心结构：采用 ** 吸收 - 电荷 - 倍增分离（SACM）** 型架构，优化电场分布，实现低噪声、高增益。
  • 关键专利：已布局多项专利，包括《一种双保护环结构的硅基锗 SPAD 及其制备方法》《垂直型锗硅雪崩光电探测器及其制备方法》等，构建完整技术壁垒。
  • 全链条闭环：依托孵化企业知芯半导体，打通 “设计 — 外延 — 流片 — 模组 — 验证” 全流程，具备从芯片到系统的自主制造能力。

🚀 应用场景与未来规划

  1. 商业与消费：大幅降低手机屏下摄像头、AR 眼镜、安防监控的成本门槛，推动高端视觉功能普及。
  2. 智能驾驶：低成本单光子激光雷达核心器件，支撑自动驾驶汽车的远距离高精度三维感知。
  3. 工业与医疗：工业无损检测、生物医学成像等场景，提升设备性价比。
  4. 落地节奏：短期内将在单光子通信、激光测距等专用领域突破；中长期目标是依托硅锗工艺产线，推动技术全面走向民用市场。

ℹ️ 补充信息

  • 研发团队：西电杭州研究院集成电路研究所胡辉勇团队（知芯半导体）。
  • 技术状态：已完成原理样机与性能验证，正推进产品定型与中试准备。

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