據麥姆斯咨詢報道，2024年年初，北京理工大學紅外膠體量子點團隊在《激光與光電子學進展》期刊發表了題為“百萬像素膠體量子點中波紅外焦平面陣列成像技術”的特邀研究論文。該論文第一作者為譚伊玫，通訊作者為唐鑫教授。

該論文報道了首個百萬像素碲化汞（HgTe）量子點中波紅外焦平面探測器，陣列規模為1280 × 1024、像元間距為15 μm、探測器黑體比探測率及峰值比探測率約為4 × 101? Jones及2 × 1011 [email protected]μm、噪聲等效溫差為30 mK（F數=2）、有效像元率分別為達到99.96%（如圖1）。

圖1 百萬像素HgTe量子點中波紅外焦平面探測器

該探測器在中波紅外成像領域表現出優異的性能，能夠實現晶圓級集成，有望解決紅外焦平面陣列規模提升瓶頸，在熱成像和探測領域展現了良好的應用前景（如圖2）。

圖2 百萬像素膠體量子點（CQD）中波紅外成像芯片技術

中波紅外（3-5 μm）成像可晝夜工作，其被動成像的特性具有隱蔽性高等優點，廣泛用于夜視等場景。除此之外，中波紅外波段覆蓋了甲烷等易燃易爆氣體的吸收特征峰，在危化品監測方面發揮了重要作用。膠體量子點是一種具有“量子限域效應”的納米半導體晶體，可突破傳統塊體半導體倒裝鍵合工藝中復雜的對準及加壓綁定等流程，所制備焦平面陣列規模及像元尺寸僅取決于讀出電路微納加工精度，進而實現低成本、大面陣、高均一性成像。

在眾多量子點體系中，HgTe量子點在中波紅外探測及成像方面展現了優異性能，先后實現了單點型中波紅外（背景限紅外探測性能）、室溫工作延展波長短波及短波-中波紅外雙色/三色等探測器的設計及制備。HgTe量子點成像焦平面陣列也獲得了較快發展。

2022年，北京理工大學報道了8英寸晶圓級量子點紅外成像芯片制備方法，在室溫下探測波長達到2.5 μm。同年，該團隊將直接光刻微納加工技術引入器件制備過程，實現了陣列規模為320 × 256、像元間距為30 μm的紫外-短波紅外雙波段焦平面探測器。2023年，北京理工大學報道了首個HgTe量子點中波紅外焦平面探測器，采用陣列規模為640×512讀出電路，其探測波長達到4.6 μm，突破了倒裝鍵合體制，驗證了量子點紅外成像芯片片上直接集成工藝方法及技術可行性。經過進一步工藝攻關及能力提升，目前HgTe中波紅外量子點已經達到1280 × 1024陣列規模百萬像素分辨率，為紅外偵察、夜視觀瞄、自動駕駛、氣體探測等應用提供了有力技術支撐。

論文鏈接：DOI: 10.3788/LOP232494

審核編輯：劉清