国产SPAD芯片成本锐降99% 短波红外技术迎来产业化曙光
3月30日，西安电子科技大学胡辉勇教授团队宣布，其研发的硅锗基单光子雪崩二极管（SPAD）芯片取得重大进展。该芯片显著降低了短波红外探测器的制造成本，将以往数千美元的高端探测器件成本压缩至百分之一水平，为消费电子、智能驾驶和工业检测等应用开辟了新路径。
短波红外（SWIR）技术具备穿透雾霾、夜视成像和物质识别等独特优势，广泛应用于智能手机低光拍摄、车载激光雷达和工业非接触检测等领域。然而，传统方案多依赖铟镓砷（InGaAs）材料，受限于磷化铟（InP）衬底高昂的成本，且与主流硅基CMOS工艺兼容性差，导致产品价格居高不下。
胡辉勇团队选择硅锗（SiGe）作为技术路径，该材料与现有半导体制造体系高度兼容。研究人员通过硅锗外延技术完成材料生长，并结合成熟CMOS工艺流程，实现了短波红外波段的高效探测。“这相当于以消费电子芯片的制造成本，生产出此前依赖昂贵工艺的短波红外探测器。”团队成员王利明指出。
尽管硅锗具备良好兼容性，但4.2%的晶格失配问题曾长期阻碍其发展，导致材料缺陷和漏电现象，使该技术在实验室阶段停滞多年。为解决这一问题，团队在多个关键环节进行突破：采用多层渐变缓冲结构与低温生长技术逐步缓解晶格失配，利用原位退火和钝化工艺抑制漏电，同时通过优化SPAD器件结构改善电场分布，从而提升信噪比和探测精度。
目前，该团队已建立起从器件设计、外延材料制备、工艺流片到系统验证的全流程自主技术体系。预计2026年底投入运行的硅锗专用流片线，将为后续产品迭代和规模生产提供稳定支撑。
（记者 王禹涵）