一顆黃豆大小的芯片,利用顛覆性技術膠體量子點紅外探測成像做成“視覺芯片”,裝到手機、檢測器上,可以“穿透”介質,看到肉眼看不到的“真相”。
光谷實驗室近日宣布,其聯合科研團隊(華中科技大學實驗室、溫州實驗室)研發(fā)的膠體量子點成像芯片已實現短波紅外成像。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,同時成本極低,有望顛覆市場。
成果轉化的背后,“冷板凳”一坐就是10年
“不要看這一顆顆小小的芯片,它們價值不低,一顆可以賣到5000至1萬元。”光谷實驗室聯合創(chuàng)始人、華中科技大學武漢光電國家研究中心教授高亮指著自己團隊研發(fā)的產品,自豪地介紹。
高科技的背后,是半導體光電相關的原理,“它是用膠體量子點,把紅外光給吸收了,然后把它變成電子,電子再被這個讀數電路進行處理,最后得到紅外的圖像!
膠體量子點(CQD)紅外探測芯片技術正在向第三代微型、高性能和低成本的方向發(fā)展,是我國實現紅外探測芯片技術彎道超車的突破口。
12年前,高亮是華中科技大學光學與電子信息學院院長唐江教授的博士生,出于自己的喜好和判斷,他并沒有選擇當時半導體國際前沿領域的熱門方向。
“新的、火熱的科研,也許發(fā)論文會更容易,但我對半導體新材料電子器件更感興趣!备吡练Q,讀書時,他選擇了在二維材料半導體、鈣礦半導體、硫金屬氟化物等領域“坐冷板凳”。
興趣是最強的創(chuàng)新驅動,大三時,高亮做了一個課程設計“用光電的形式測自己的心跳”,讀研時候,高亮覺得“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!
基于量子點材料做紅外探測器的方式,隨后,他跟隨師兄們做了大量的研究實踐。“博士期間去了這個技術的鼻祖多倫多大學,看到國際最新的發(fā)展趨勢,也更堅定了自己要在這條路上一直走下去的決心!
回過頭來看,高亮的產學研經歷,正是一條“以用為導向”的科研成果轉化之路。
近日,高亮獲評2023年“湖北向上向善好青年”,據了解,多年來,高亮專注于CQD紅外探測芯片的基礎應用研究,主要貢獻體現在CQD芯片材料、器件、集成的核心制備。針對CQD芯片材料缺陷多、器件結構不兼容、集成工藝不成熟等瓶頸問題,提出芯片材料液相外延鈍化新策略、設計制備新型頂入射器件、開發(fā)硅基一體化集成工藝,依托團隊聯合華為公司研制出國內首款CQD紅外探測芯片,與同類CQD芯片比較,外量子效率國際領先。
“視覺芯片”突破五大關鍵環(huán)節(jié),做出國內首款樣機
據了解,量子點成像芯片也稱“視覺芯片”。在食品檢測、半導體檢測等工業(yè)應用中,基于短波紅外成像的機器視覺如同機器的“眼睛”,具有重要意義。
成像芯片作為成像系統最核心部件,對成像質量以及相機成本均起著決定性作用。
國外銦鎵砷短波紅外芯片造價極其昂貴,使得短波紅外相機均價高達25萬元,嚴重制約著市場增長。短波紅外做成的芯片,一直需國外進口,一枚超過萬元,而光谷實驗室同類產品量產后,只售數百元。
高亮稱,50人的團隊是新一代短波紅外成像芯片開拓者,唐江教授任首席科學家,他和華中科技大學光學與電子信息學/武漢光電國家研究中心雙聘副教授張建兵是聯合創(chuàng)始人,包括華中科技大學參與校內基礎研究的學生,團隊人員中80%以上為碩博高材生。
聯合科研團隊先后突破了材料-器件-電路-集成-系統5個關鍵環(huán)節(jié),突破傳統工藝限制,開拓全新工藝路線,低溫一體化集成,開發(fā)研制出國內首款量子點紅外成像樣機,售價將只有國外的1%,成本大大降低。
目前,產品訂單已遍布全國,南方科技大學、浙江大學、西北工業(yè)大學和國內消費級龍頭模組企業(yè)均向光谷實驗室“拋下橄欖枝”。
穿云透霧,面向手機模組、車載相機等消費級應用場景,該產品已申請十五項發(fā)明專利,已獲授權七項。產品已應用在車載應用、水果分揀、物質檢測、半導體檢測、安防監(jiān)控等領域。
“僅一二個月,我們就銷售了50多萬,今年預計將達到1000萬以上。”看可見光之未見,開辟短波紅外新時代!高亮和團隊對未來充滿了期待。
(長江日報記者陳潔 通訊員黃珊珊 吳晨婧)