3月30日，記者從西安電子科技大學獲悉，該校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。受訪者供圖
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。
【原標題】成本降至百分之一！這一國產芯片實現重要突破
來源 | 科技日報微信公眾號
編輯 | 張青津
責編 | 盧思宇
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