一顆黃豆大小的芯片，利用新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(zhì)，看到肉眼看不到的“真相”。

光谷實驗室近日宣布，其聯(lián)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(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，同時成本極低，有望顛覆市場。

成果轉化的背后

“冷板凳”一坐就是12年

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(xiàn)在CQD芯片材料、器件、集成的核心制備。長江日報記者周超 攝

“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元至1萬元。”光谷實驗室聯(lián)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(chǎn)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(shù)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(xiàn)紅外探測芯片技術彎道超車的突破口。

膠體量子點成像芯片12寸CMOS晶圓，目前已完成小試、中試，可大面積加工。長江日報記者周超 攝

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。”高亮稱，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(qū)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”，讀研的時候，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，他跟隨師兄們做了大量的研究實踐。“博士期間去了多倫多大學，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(chǎn)學研經(jīng)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(jù)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(xiàn)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(lián)合華為公司研制出國內(nèi)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(nèi)首款樣機

據(jù)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(tǒng)最核心部件，對成像質(zhì)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。進口一枚短波紅外做成的芯片往往需要上萬元，而光谷實驗室同類產(chǎn)品量產(chǎn)后，只售數(shù)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(lián)合創(chuàng)始人，包括華中科技大學參與校內(nèi)基礎研究的學生，團隊人員中80%以上為碩博高材生。

聯(lián)合科研團隊先后突破了材料—器件—電路—集成—系統(tǒng)5個關鍵環(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)研制出國內(nèi)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(chǎn)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(nèi)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(chǎn)品已申請十五項發(fā)明專利，已獲授權七項。產(chǎn)品已應用在車載應用、水果分揀、物質(zhì)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多萬元，今年預計將達到1000萬元以上。”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。

審核編輯 黃宇