一顆黃豆大小的芯片，利用新技術(shù)膠體量子點(diǎn)紅外探測(cè)成像做成“視覺(jué)芯片”，裝到手機(jī)、檢測(cè)器上，可以“穿透”介質(zhì)，看到肉眼看不到的“真相”。

光谷實(shí)驗(yàn)室近日宣布，其聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)（華中科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)室、溫州實(shí)驗(yàn)室）研發(fā)的膠體量子點(diǎn)成像芯片已實(shí)現(xiàn)短波紅外成像。目前，已完成小試、中試，可大面積加工，兼容12寸CMOS晶圓制備工藝，同時(shí)成本極低，有望顛覆市場(chǎng)。

成果轉(zhuǎn)化的背后

“冷板凳”一坐就是12年

多年來(lái)，高亮專注于CQD紅外探測(cè)芯片的基礎(chǔ)應(yīng)用研究，主要貢獻(xiàn)體現(xiàn)在CQD芯片材料、器件、集成的核心制備。長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)記者周超 攝

“不要看這一顆顆小小的芯片，它們價(jià)值不低，一顆可以賣到5000元至1萬(wàn)元。”光谷實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合創(chuàng)始人、華中科技大學(xué)武漢光電國(guó)家研究中心教授高亮指著自己團(tuán)隊(duì)研發(fā)的產(chǎn)品，自豪地介紹。

高科技的背后是半導(dǎo)體光電相關(guān)的原理，“它是用膠體量子點(diǎn)，把紅外光給吸收了，然后把它變成電子，電子再被這個(gè)讀數(shù)電路進(jìn)行處理，最后得到紅外的圖像。”

膠體量子點(diǎn)（CQD）紅外探測(cè)芯片技術(shù)正在向第三代微型、高性能和低成本的方向發(fā)展，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)紅外探測(cè)芯片技術(shù)彎道超車的突破口。

膠體量子點(diǎn)成像芯片12寸CMOS晶圓，目前已完成小試、中試，可大面積加工。長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)記者周超 攝

12年前，高亮是華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院院長(zhǎng)唐江教授的博士生，出于自己的喜好和判斷，他并沒(méi)有選擇當(dāng)時(shí)半導(dǎo)體國(guó)際前沿領(lǐng)域的熱門方向。

“新的、火熱的科研，也許發(fā)論文會(huì)更容易，但我對(duì)半導(dǎo)體新材料電子器件更感興趣。”高亮稱，讀書時(shí)，他選擇了在二維材料半導(dǎo)體、鈣礦半導(dǎo)體、硫金屬氟化物等領(lǐng)域“坐冷板凳”。

興趣是最強(qiáng)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，大三時(shí)，高亮做了一個(gè)課程設(shè)計(jì)“用光電的形式測(cè)自己的心跳”，讀研的時(shí)候，高亮覺(jué)得“紅外光一般人也看不到，但它有那么多功能，我要一直跟下去”。

基于量子點(diǎn)材料做紅外探測(cè)器的方式，他跟隨師兄們做了大量的研究實(shí)踐。“博士期間去了多倫多大學(xué)，看到國(guó)際最新的發(fā)展趨勢(shì)，也更堅(jiān)定了自己要在這條路上一直走下去的決心。”

回過(guò)頭來(lái)看，高亮的產(chǎn)學(xué)研經(jīng)歷，正是一條“以用為導(dǎo)向”的科研成果轉(zhuǎn)化之路。

近日，高亮獲評(píng)2023年“湖北向上向善好青年”。據(jù)了解，多年來(lái)，高亮專注于CQD紅外探測(cè)芯片的基礎(chǔ)應(yīng)用研究，主要貢獻(xiàn)體現(xiàn)在CQD芯片材料、器件、集成的核心制備。針對(duì)CQD芯片材料缺陷多、器件結(jié)構(gòu)不兼容、集成工藝不成熟等瓶頸問(wèn)題，提出芯片材料液相外延鈍化新策略、設(shè)計(jì)制備新型頂入射器件、開發(fā)硅基一體化集成工藝，依托團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華為公司研制出國(guó)內(nèi)首款CQD紅外探測(cè)芯片，與同類CQD芯片比較，外量子效率國(guó)際領(lǐng)先。

“視覺(jué)芯片”突破五大關(guān)鍵環(huán)節(jié)

做出國(guó)內(nèi)首款樣機(jī)

據(jù)了解，量子點(diǎn)成像芯片也稱“視覺(jué)芯片”。在食品檢測(cè)、半導(dǎo)體檢測(cè)等工業(yè)應(yīng)用中，基于短波紅外成像的機(jī)器視覺(jué)如同機(jī)器的“眼睛”，具有重要意義。

成像芯片作為成像系統(tǒng)最核心部件，對(duì)成像質(zhì)量以及相機(jī)成本均起著決定性作用。

國(guó)外銦鎵砷短波紅外芯片造價(jià)極其昂貴，使得短波紅外相機(jī)均價(jià)高達(dá)25萬(wàn)元，嚴(yán)重制約著市場(chǎng)增長(zhǎng)。進(jìn)口一枚短波紅外做成的芯片往往需要上萬(wàn)元，而光谷實(shí)驗(yàn)室同類產(chǎn)品量產(chǎn)后，只售數(shù)百元。

高亮稱，50人的團(tuán)隊(duì)是新一代短波紅外成像芯片開拓者，唐江教授任首席科學(xué)家，他和華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)/武漢光電國(guó)家研究中心雙聘副教授張建兵是聯(lián)合創(chuàng)始人，包括華中科技大學(xué)參與校內(nèi)基礎(chǔ)研究的學(xué)生，團(tuán)隊(duì)人員中80%以上為碩博高材生。

聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)先后突破了材料—器件—電路—集成—系統(tǒng)5個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，突破傳統(tǒng)工藝限制，開拓全新工藝路線，低溫一體化集成，開發(fā)研制出國(guó)內(nèi)首款量子點(diǎn)紅外成像樣機(jī)，售價(jià)將只有國(guó)外的1%，成本大大降低。

目前，產(chǎn)品訂單已遍布全國(guó)，南方科技大學(xué)、浙江大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)和國(guó)內(nèi)消費(fèi)級(jí)龍頭模組企業(yè)均向光谷實(shí)驗(yàn)室“拋下橄欖枝”。

穿云透霧，面向手機(jī)模組、車載相機(jī)等消費(fèi)級(jí)應(yīng)用場(chǎng)景，該產(chǎn)品已申請(qǐng)十五項(xiàng)發(fā)明專利，已獲授權(quán)七項(xiàng)。產(chǎn)品已應(yīng)用在車載應(yīng)用、水果分揀、物質(zhì)檢測(cè)、半導(dǎo)體檢測(cè)、安防監(jiān)控等領(lǐng)域。

“僅一二個(gè)月，我們就銷售了50多萬(wàn)元，今年預(yù)計(jì)將達(dá)到1000萬(wàn)元以上。”看可見(jiàn)光之未見(jiàn)，開辟短波紅外新時(shí)代！高亮和團(tuán)隊(duì)對(duì)未來(lái)充滿了期待。

審核編輯 黃宇