近日，西安電子科技大學胡輝勇教授團隊成功研制出基于硅鍺工藝的單光子雪崩二極管（SPAD）芯片，將短波紅外探測技術的制造成本大幅降低。這項突破讓原本單顆動輒數千美元的高端芯片，有望以百分之一的成本進入智能手機、車載激光雷達等領域。
短波紅外技術具備穿透霧霾、在黑夜中清晰成像的能力，還可識別不同物質的材質特征。它在智能手機暗光拍照、車載激光雷達、工業無損檢測等領域擁有廣闊前景。但長期以來，主流方案多采用銦鎵砷材料，雖然性能出色，卻受限于昂貴的磷化銦襯底，難以與硅基CMOS（互補金屬氧化物半導體）工藝兼容，單顆芯片成本動輒數百至數千美元。
胡輝勇團隊選擇了一條與現有半導體產業鏈高度契合的技術路線——硅鍺。他們利用硅鍺外延工藝平臺完成材料生長，再借助標準硅基CMOS工藝平臺制備探測器件，將探測范圍拓展至短波紅外波段。“這意味著，我們是在用造手機芯片的成本，去做過去只有‘天價’才能實現的短波紅外探測器。”王利明說。
硅鍺專用流片線
不過，硅與鍺的原子排列周期之間存在4.2%的晶格失配，這種錯位會導致材料缺陷和探測器漏電，讓該技術在20多年里難以走出實驗室。為了攻克這一難題，團隊在多個環節同時發力：設計多層漸變緩沖層配合低溫生長技術，逐步減少原子級失配；采用原位退火和鈍化技術抑制漏電；通過創新的SPAD結構設計優化電場分布，讓信號更清晰、噪聲更低。
如今，團隊已構建起覆蓋“器件設計—材料外延—工藝流片—電路匹配—系統驗證”的全鏈條自主研發能力。正在推進的硅鍺專用流片線預計2026年底建成，將為后續產品迭代提供快速驗證與可控產能支撐。
