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中新网杭州3月25日电(曹丹 张一驰)3月25日，据西安电子(zi)科技大学(下称“西电”)杭州研(yan)究院集成电路研(yan)究所最新音讯，该所胡辉勇团(tuan)队于克日成功研(yan)制出基于硅锗工艺的单光子(zi)雪(xue)崩二极(ji)管(SPAD)芯片，将短波红外(SWIR)探测技能(neng)制造成本从“航(hang)天级”大幅降低至“布(bu)衣(yi)级”，为该技能(neng)大规模进入民用市场摊平了(le)门路。
西安电子(zi)科技大学杭州研(yan)究院一景。(资料(liao)图，西安电子(zi)科技大学杭州研(yan)究院供图)
短波红外(SWIR)探测技能(neng)被誉为“感(gan)知之眼”，具(ju)有穿透雾霾(li)、夜间成像、物资辨(bian)认等(deng)奇特优势。然而(er)长时间以来，受限于制造工艺庞大、成本高昂等(deng)因素(su)，这项技能(neng)首要应用于军工和高端科研(yan)范畴，单颗(ke)芯片价格动辄数千美元，难以进入普通消费市场。
“短波红外技能(neng)面临一个‘不可能(neng)三(san)角’：成本高、性能(neng)受限、集成难度大，这三(san)者很难同时实现。”胡辉勇透露表现，目前主(zhu)流(liu)的铟镓砷(InGaAs)探测器虽(sui)性能(neng)优秀，但制造需采用昂贵的质料(liao)，没法兼容硅基CMOS产线，导致(zhi)芯片良率低、成本居高不下。
为破解这一困(kun)局，研(yan)究团(tuan)队选择了(le)硅锗(SiGe)技能(neng)门路。该技能(neng)采用专有硅锗外延工艺平台举行质料(liao)外延，再利用标准硅基CMOS工艺平台制备探测器件，不仅将探测波段从硅的极(ji)限拓展(zhan)至枢(shu)纽(niu)短波红外区(qu)域(yu)，更巧妙地借助了(le)成熟、低成本的8英寸/12英寸硅基产线。
“这意味着，我们可以用制造手机(ji)芯片的方式和成本底子(zi)，去制造原本天价的短波红外探测器。”团(tuan)队技能(neng)核心成员王利明表明，与铟镓砷(InGaAs)技能(neng)相比(bi)，硅锗门路的理论成本可降至其百分之一到十分之一，为消费电子(zi)、智能(neng)驾驶等(deng)百亿级市场打开了(le)大门。
然而(er)，硅与锗的原子(zi)陈列周期存(cun)正在4.2%的“错位”，这一“原子(zi)级”难题导致(zhi)质料(liao)缺陷(xian)和探测器漏电，让该技能(neng)正在二十多年里难以走出实验室(shi)。
面对这一挑衅(xin)，团(tuan)队正在质料(liao)生长、界面处置惩(cheng)罚、器件计划等(deng)多个层面展(zhan)开零碎性攻关：计划多层突变缓冲层合(he)营低温生长技能(neng)，渐渐淘汰质料(liao)内的原子(zi)级失配；采用原位退火和钝化技能(neng)抑止漏电景象(xiang)；经过创新的单光子(zi)雪(xue)崩二极(ji)管(SPAD)结构计划优化电场分布(bu)，让载流(liu)子(zi)信号更清晰、噪声更低。
依托西电杭州研(yan)究院与团(tuan)队建立的知芯半导体(ti)公司，团(tuan)队打通了(le)“器件计划仿真—质料(liao)外延生长—公用工艺流(liu)片—婚配电路计划—成像零碎验证”全流(liu)程自主(zhu)研(yan)发闭环。此外，团(tuan)队自主(zhu)搭建了(le)硅锗外延零碎，自研(yan)读出电路与成像模组，形(xing)成从芯片到零碎的完整解决方案。
目前，团(tuan)队研(yan)制的硅锗单光子(zi)探测器正在近室(shi)温条件下的核心性能(neng)已达到国际先进水平，正在探测效率和噪声抑止等(deng)枢(shu)纽(niu)指标比(bi)肩行业领军企业。这一突破为我国下一代“智能(neng)之眼”摆脱入口依赖、实现自主(zhu)可控奠基了(le)坚实根基。
下一步，团(tuan)队将全力推进核心产品(pin)定型，领先正在单光子(zi)通讯、激光测距等(deng)公用范畴实现市场突破；依托自主(zhu)硅锗工艺产线，快速构建完整闭环能(neng)力，推进技能(neng)结果从实验室(shi)走向市场。(完)
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