4 月 1 日消息，西安电子科技大学胡辉勇教授团队近日成功研制出基于硅锗工艺的单光子雪崩二极管（SPAD）芯片，将短波红外探测芯片的制造成本从“航天级”拉入“平民级”。这项突破意味着，过去单颗动辄数千美元的“黑科技”，未来有望以百分之一的成本，进入智能手机、车载激光雷达等民用领域 。
技术突破核心
技术路线
硅锗（SiGe）工艺
兼容现有硅基产线，成本降至传统方案的1%-10%。
核心器件
单光子雪崩二极管（SPAD）
实现高性能短波红外探测，性能对标国际一流。
应用前景
智能手机、车载激光雷达
暗光拍照、自动驾驶、工业检测。
产业化进展
自主流片线建设中
预计2026年底投产，构建完整闭环能力。
技术原理：如何将成本打下来？
这项突破的核心在于用“硅锗（SiGe）”工艺，替代了传统昂贵的“铟镓砷（InGaAs）”材料路线。
传统方案的“不可能三角”
短波红外技术长期面临成本高、性能受限、集成难度大的“不可能三角”。主流InGaAs探测器虽性能优异，但制造需采用昂贵的磷化铟衬底及特殊工艺，无法与主流的硅基CMOS产线兼容，导致单颗芯片成本高达数百至数千美元，像“用造航天器的方法去造家用电器”。
硅锗路线的“借道超车”
胡辉勇团队选择硅锗路线，其魅力在于“兼容”与“拓展”。他们利用专有硅锗外延工艺平台生长材料，然后直接使用成熟、低成本的8英寸/12英寸标准硅基CMOS产线来制造探测器。这意味着，可以用制造手机芯片的成本基础，去生产过去天价的短波红外探测器，理论成本可降至InGaAs方案的百分之一到十分之一。
硅锗晶圆与芯片
⚙️ 攻克“原子级”难题
然而，硅与锗的原子排列周期存在4.2%的晶格失配，就像两位舞者步伐不合，极易产生缺陷导致探测器“漏电”，这是困扰该技术二十多年的核心难题 。团队通过系统性创新实现了突破：
材料生长：设计多层渐变缓冲层，配合低温生长技术，像铺设缓冲垫一样逐步减少原子级失配。界面处理：采用原位退火和钝化技术，为材料表面穿上“保护衣”，有效抑制漏电。器件设计：创新SPAD结构设计，优化电场分布，让信号更清晰、噪声更低。性能与产业化
目前，团队研制的硅锗单光子探测器在近室温下的核心性能，已具备与索尼、台积电等国际行业领军者同台竞技的实力。
全链条自主研发
器件设计 → 材料外延 → 工艺流片 → 系统验证
团队依托西电杭州研究院及创立的知芯半导体公司，打通了从设计到系统的全流程闭环。正在建设的硅锗专用流片线预计2026年底投产，将为产品快速迭代和规模化提供支撑。
应用前景：从“军用”飞入“寻常百姓家”
短波红外技术能穿透雾霾、在黑夜中清晰成像，并可识别不同物质材质。成本降至“平民级”后，其应用场景将极大拓展：
应用领域 | 具体场景 | 带来的改变 |
智能手机 | 暗光拍照、人脸识别 | 在极暗环境下也能拍出更清晰、细节更丰富的照片。 |
智能驾驶 | 车载激光雷达 | 以更低成本实现更精准的环境感知，提升自动驾驶安全性。 |
工业与安防 | 无损检测、物质分选、夜间监控 | 让工业检测更快速可靠，安防监控突破光线限制。 |
前沿领域 | 单光子通信、激光测距 | 为量子通信、精密测量等尖端领域提供核心器件。 |
车载激光雷达
总结与展望
西安电子科技大学胡辉勇教授团队的这项突破，不仅在于实现了高性能、低成本的短波红外探测芯片，更在于选择了一条与全球半导体主流生态兼容的技术路径 。通过硅锗工艺“借道”成熟的硅基产线，打破了高端光电传感器长期被昂贵特殊工艺垄断的局面，为国产芯片在高端传感领域实现自主可控和规模化应用打开了大门。
随着专用流片线的建成与量产，这项曾经“用不起”的黑科技，将真正从实验室走向千行百业，驱动一个万物互联、精准感知的智能时代全面到来。
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