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:
- 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。
- 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:
- 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。
- 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。
- 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
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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