光谷实验室攻克量子点短波红外成像新技术

日期:2024-03-14 阅读:268
核心提示:一枚仅硬币大小的芯片如火眼金睛,能探测更远更精。更让人惊喜的是,它的成本可降至传统短波红外成像技术的百分之一!湖北光谷实

 一枚仅硬币大小的芯片如“火眼金睛”,能探测更远更精。更让人惊喜的是,它的成本可降至传统短波红外成像技术的百分之一!

湖北光谷实验室日前传来好消息,其联合华中科技大学科研团队研发的系列胶体量子点成像芯片实现短波红外成像,目前已完成中试,性能优越,成本极低,有望颠覆传统市场。

湖北光谷实验室胶体量子点短波红外成像芯片项目负责人、华中科技大学武汉光电国家研究中心教授高亮介绍,团队从数人起家,耐住寂寞,终于迎来了短波红外成像技术“黄金期”,正为“中国造”芯片产业化提供强有力的科技支撑。

每个方向都有金字塔,最难的是坚持

人类80%以上的信息通过眼睛获得,图像感知是信息社会的主要入口,是消费电子、自动驾驶、物联网等技术的基础支撑。看不见的光为什么能检测出心跳心率?在华科大读本科时,一次课程设计,让高亮对红外探测的“神奇”产生了浓厚兴趣。

相较于可见光成像,短波红外成像具有可穿云透雾、可透视硅片等显著优势,可广泛应用于军事国防、安全监控、自动驾驶等领域。12年前,高亮成为华科大光学与电子信息学院院长唐江教授的博士生,更坚定了自己的研究方向。“虽然当时这并非热门方向,发论文也不太容易,但老师鼓励我,只要认准了,坚持下来,更有价值和意义。”

红外成像技术涉及材料、器件、集成电路等多方面,研发周期长,需要人员多。高亮介绍,近年来,红外成像技术,尤其是量子点红外成像呈现快速发展的态势。成像芯片是成像系统最核心部件,对成像质量以及相机成本起着决定性作用。传统铟镓砷短波红外芯片造价极其昂贵,使得短波红外相机均价高达20余万元,严重制约着市场增长特别是消费应用。

2018年,高亮团队瞄准了胶体量子点,这是一种新兴纳米材料,他们通过低温的溶液法制备工艺,探索适于自动化制备的最佳窗口,实现可与硅基芯片一体化集成的量子点短波红外成像芯片。

功夫不负有心人,无数次实验终于有了收获,他们成功研制出国内首款胶体量子点红外探测芯片,相关成果2022年发表于《Nature Electronics》。“芯片做出来的那一天,所有人都欢欣鼓舞。我们一直坚信,每个方向都有金字塔,最难的就是坚持。”

胶体量子点红外探测芯片技术正在向第三代微型、高性能和低成本的方向发展,是我国实现红外探测芯片技术弯道超车的突破口。多年来,高亮专注于胶体量子点红外探测芯片的基础应用研究,针对材料缺陷多、器件结构不兼容、集成工艺不成熟等瓶颈问题,提出芯片材料液相外延钝化新策略、设计制备新型顶入射器件、开发硅基一体化集成工艺。国内首款胶体量子点红外探测芯片与同类相比,外量子效率国际领先。

新一代开拓者几乎全是年轻人

这款芯片的研发成功,距离全球量子点红外探测器首次被论证,仅过去了10余年。2022年全球相关专利申请量激增,从中可见这项技术的飞速发展。

高亮介绍,从2018年的七八人,到现在的60人,团队也飞速发展着。目前,唐江教授任首席科学家,高亮和华科大集成电路学院刘冬生教授、张建兵副教授是联合创始人,团队中八成以上为硕博高材生。“他们是新一代短波红外成像芯片开拓者。”高亮介绍,仅在量子点红外探测芯片技术方向,团队已申请15项发明专利,获授权7项,原型产品已初步应用在车载应用、水果分拣、物质检测、半导体检测等领域。

采访当天,博士生刘婧正在超净实验室和伙伴们分析最新监测数据。她被团队成员称为“大师姐”,因为她在团队待了8年,和团队一起成长,科研成果颇丰。“我最大的收获是在研发过程中接触到多个链条的内容,对全流程的认识更清晰、更完整,也对今后的发展更有信心。”

光谷实验室注重“从1到10”的科研成果转化落地,针对性组建了“科学家+工程师”联合攻关团队,高亮团队就有8名工程师。工程师孙磊去年4月来到实验室,此前他在华为工作了4年多。“团队成员基本都是‘90后’,大家很有活力、很有想法,光谷实验室建设也还不到3年,机制很灵活,在这里拼搏,我很有成就感。”

高亮自豪地说,团队有明确的目标,同时互补性高,不同成员具有材料、器件、电路、集成等不同的技术背景和能力,能够形成强大合力。目前,已有企业来洽谈成果产业化事宜,他们还将全力解决量子点红外光传感器的稳定性和效率问题,并拓展波长和灵敏度方面可能的边界。

 (来源:湖北日报

 

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