На этой неделе на Международном совещании по электронным приборам IEEE (IEDM 2025) компания imec, центр исследований и инноваций в области передовых полупроводниковых технологий, успешно продемонстрировала интеграцию фотодиодов на основе коллоидных квантовых точек (QDPD) на метаповерхностях, разработанных на её пилотной линии 300 мм CMOS. Этот новаторский подход обеспечивает масштабируемую платформу для разработки компактных миниатюрных спектральных сенсоров коротковолнового инфракрасного диапазона (SWIR), устанавливая новый стандарт для экономически эффективных решений для спектральной визуализации с высоким разрешением.
Уникальные возможности SWIR-сенсоров
Сенсоры коротковолнового инфракрасного диапазона (SWIR) обладают уникальными возможностями. Обнаруживая длины волн за пределами видимого спектра, они могут выявлять контрасты и особенности, невидимые человеческому глазу, и, таким образом, видеть сквозь определённые материалы, такие как пластик или ткани, или в сложных условиях, например, в дымке и тумане. Однако традиционные SWIR-сенсоры остаются дорогими, громоздкими и сложными в изготовлении, что ограничивает их использование в нишевых приложениях.
Перспективный класс сенсоров SWIR
Новый класс сенсоров SWIR — сенсоры на основе квантовых точек (QD) — предлагает многообещающую альтернативу, сочетая более низкую стоимость с более высоким разрешением. Однако до сих пор они работали в широкополосном, а не в спектральном режиме.
Компания imec решает эту задачу, успешно интегрируя коллоидные квантовые точки (QDPD) с метаповерхностями, разработанными на её пилотной линии 300 мм CMOS. Квантовые точки — это наноразмерные полупроводники, которые можно настроить на поглощение определённых длин волн инфракрасного излучения, а метаповерхности — это наноструктурированные ультратонкие слои, которые точно контролируют взаимодействие света с сенсором.
Объединив эти элементы в процессе, совместимом с CMOS, компания imec создала масштабируемую платформу для миниатюрных спектральных детекторов SWIR, обеспечив компактную архитектуру датчиков с высоким разрешением, которую можно изготовить с использованием стандартных процессов CMOS.
«Что особенно отличает эту технологию, так это её масштабируемость», — говорит Владимир Педжович, руководитель проекта исследований и разработок в компании imec. «Традиционные сенсоры на основе квантовых точек требуют перепроектирования сложных слоёв фотодиодов для каждой длины волны, что усложняет и удорожает настройку спектра для каждого приложения».
«Наш подход переносит эту сложность на уровень CMOS, используя метаповерхности для настройки спектрального отклика вместо изменения стопки фотодиодов. Это открывает дверь для легко настраиваемых спектральных сенсоров SWIR с высоким разрешением и прокладывает путь для новых функций в таких областях, как безопасность, сельское хозяйство, автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность и не только».
Этот прорыв — результат междисциплинарных усилий, объединяющих опыт imec в области сенсоров на основе квантовых точек, плоской оптики (метаповерхностей) и спектральной визуализации. Следующий шаг — масштабирование этой технологии от доказательства концепции до мелкосерийного производства и, в конечном итоге, полномасштабного производства. Чтобы ускорить этот переход, компания imec приглашает к сотрудничеству партнёров.
«Наша цель — превратить этот прорыв в готовую к использованию в промышленности платформу», — объясняет Павел Малиновский, менеджер портфеля компании imec. «Мы хотим работать с партнёрами над разработкой индивидуальных датчиков изображения и интегрированных устройств, демонстрируя эту технологию в реальных приложениях».
«Объединив опыт imec в области спектральной экспертизы, ноу-хау в области квантовых точек и передовые возможности процессов CMOS с конкретными областями применения, мы стремимся ускорить инновации и довести сенсоры SWIR следующего поколения от доказательства концепции до полномасштабного производства. Поэтому компания imec приветствует сотрудничество с партнёрами, чтобы вместе формировать будущее сенсорных технологий и визуализации».
Предоставлено компанией [IMEC](https://www.imec-int.com/en)