湖北光谷实验室的科研团队近日研发出一款具备短波红外成像能力的胶体量子点成像芯片。这款芯片面阵规模达到30万，盲元率低于6‰，波长范围在0.4-1.7微米之间，暗电流密度小于50nA/cm2，外量子效率超过60%，性能优越。

该技术的核心优势在于其图像分辨率高，像素尺寸仅受限于艾利斑直径；同时还采用了溶液法低温加工工艺，与任何形貌的基底均兼容；探测波段高度可定制化，不受衬底吸收影响；而且可以大面积加工，兼容12寸CMOS晶圆制备工艺。


冷板凳一坐就是10年

高科技的背后，是半导体光电相关的原理，“它是用胶体量子点，把红外光给吸收了，然后把它变成电子，电子再被这个读数电路进行处理，最后得到红外的图像。”胶体量子点（CQD）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。

12年前，高亮是华中科技大学光学与电子信息学院院长唐江教授的博士生，出于自己的喜好和判断，他并没有选择当时半导体国际前沿领域的热门方向。“新的、火热的科研，也许发论文会更容易，但我对半导体新材料电子器件更感兴趣。”高亮称，读书时，他选择了在二维材料半导体、钙矿半导体、硫金属氟化物等领域“坐冷板凳”。

兴趣是最强的创新驱动，大三时，高亮做了一个课程设计“用光电的形式测自己的心跳”，读研时候，高亮觉得“红外光一般人也看不到，但它有那么多功能，我要一直跟下去。”

基于量子点材料做红外探测器的方式，随后，他跟随师兄们做了大量的研究实践。“博士期间去了这个技术的鼻祖多伦多大学，看到国际最新的发展趋势，也更坚定了自己要在这条路上一直走下去的决心。”回过头来看，高亮的产学研经历，正是一条“以用为导向”的科研成果转化之路。

近日，高亮获评2023年“湖北向上向善好青年”，据了解，多年来，高亮专注于CQD红外探测芯片的基础应用研究，主要贡献体现在CQD芯片材料、器件、集成的核心制备。针对CQD芯片材料缺陷多、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，依托团队联合华为公司研制出国内首款CQD红外探测芯片，与同类CQD芯片比较，外量子效率国际领先。


突破五大关键环节

光谷实验室表示，在食品检测、半导体检测等工业应用中，基于短波红外成像的机器视觉如同机器的“眼睛”，具有重要意义。成像芯片作为成像系统最核心部件，对成像质量以及相机成本均起着决定性作用。

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 25 万元，严重制约着市场增长。光谷实验室团队通过 4 年时间，全力攻关量子点技术，通过低温的溶液法制备工艺，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，其探测波段范围远超传统铟镓砷芯片，同时制造成本仅不到百分之一。

高亮称，50人的团队是新一代短波红外成像芯片开拓者，唐江教授任首席科学家，他和华中科技大学光学与电子信息学/武汉光电国家研究中心双聘副教授张建兵是联合创始人，包括华中科技大学参与校内基础研究的学生，团队人员中80%以上为硕博高材生。

联合科研团队先后突破了材料-器件-电路-集成-系统5个关键环节，突破传统工艺限制，开拓全新工艺路线，低温一体化集成，开发研制出国内首款量子点红外成像样机。目前，产品订单已遍布全国，南方科技大学、浙江大学、西北工业大学和国内消费级龙头模组企业均向光谷实验室“抛下橄榄枝”。

穿云透雾，面向手机模组、车载相机等消费级应用场景，该产品已申请十五项发明专利，已获授权七项。产品已应用在车载应用、水果分拣、物质检测、半导体检测、安防监控等领域。“仅一二个月，我们就销售了50多万，今年预计将达到1000万以上。”看可见光之未见，开辟短波红外新时代！高亮和团队对未来充满了期待。


目标直指世界级重大成果

我国当前在高端光电子芯片、光电融合芯片及微系统等领域已形成良好基础，有条件实现率先突破，形成国际竞争新优势。发挥新型举国体制优势，战略前瞻布局光电子技术，是我国光电子信息产业领域由“独树一帜”到“国际引领”的重大战略机遇。将光谷实验室打造为国家实验室，有利于加快实现我国光电子领域高水平科技自立自强。

光谷实验室聚集了国内乃至全球最顶尖的创新资源。武汉创建光电子国家实验室具有坚实基础和显著优势，能为推动我国光电子信息产业加快发展、实现科技自立自强作出更大贡献。

“光电子信息产业是应用广泛的战略高新技术产业，具有广阔的发展前景和市场潜力。”全国人大代表、中国地质大学（武汉）校长王焰新介绍，无论是从产业发展空间来看，还是从国家光电子信息战略发展来看，都需要重点打造优势平台、优势学科、优势人才、优势产业，而将光谷实验室打造为国家实验室将充分发掘创新平台的优势，提升光电信息领域原始创新能力，形成更多领先原创性成果，加速科技成果转化，为湖北和全国光电子产业发展续航。

“将光谷实验室打造为国家实验室，不单纯是单一的实验室的升级体能，更是整个光电子信息产业的创新链的体能，进一步促进我国光电子领域产业链升级。”全国人大代表、锐科激光副董事长兼总工程师闫大鹏认为，加强光电子技术的研发投入，将有助于国家掌握这一前瞻性技术，将形成科技、经济产业新优势，为实现科技高水平自立自强夯实根基。

湖北光谷实验室扎根“武汉·中国光谷”，坚持“四个面向”，聚焦下一代通信网络器件与芯片等四大任务，建设光电芯片微纳制造及测试平台等三大平台，以“网络强国、制造强国、健康强国”三大使命为导向，着力提升光电信息领域原始创新能力，突破“卡脖子”关键核心技术瓶颈，加速科技成果转化，打造我省光电信息领域创新驱动高质量发展的战略力量。