一顆黃豆大小的芯片,利用顛覆性技術(shù)膠體量子點(diǎn)紅外探測(cè)成像做成“視覺(jué)芯片”,裝到手機(jī)、檢測(cè)器上,可以“穿透”介質(zhì),看到肉眼看不到的“真相”。
光谷實(shí)驗(yàn)室近日宣布,其聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)(華中科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)室、溫州實(shí)驗(yàn)室)研發(fā)的膠體量子點(diǎn)成像芯片已實(shí)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(shí)成本極低,有望顛覆市場(chǎng)。
成果轉(zhuǎn)化的背后,“冷板凳”一坐就是10年
“不要看這一顆顆小小的芯片,它們價(jià)值不低,一顆可以賣(mài)到5000至1萬(wàn)元。”光谷實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合創(chuàng)始人、華中科技大學(xué)武漢光電國(guó)家研究中心教授高亮指著自己團(tuán)隊(duì)研發(fā)的產(chǎn)品,自豪地介紹。
高科技的背后,是半導(dǎo)體光電相關(guān)的原理,“它是用膠體量子點(diǎn),把紅外光給吸收了,然后把它變成電子,電子再被這個(gè)讀數(shù)電路進(jìn)行處理,最后得到紅外的圖像!
膠體量子點(diǎn)(CQD)紅外探測(cè)芯片技術(shù)正在向第三代微型、高性能和低成本的方向發(fā)展,是我國(guó)實(shí)現(xiàn)紅外探測(cè)芯片技術(shù)彎道超車(chē)的突破口。
12年前,高亮是華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院院長(zhǎng)唐江教授的博士生,出于自己的喜好和判斷,他并沒(méi)有選擇當(dāng)時(shí)半導(dǎo)體國(guó)際前沿領(lǐng)域的熱門(mén)方向。
“新的、火熱的科研,也許發(fā)論文會(huì)更容易,但我對(duì)半導(dǎo)體新材料電子器件更感興趣!备吡练Q(chēng),讀書(shū)時(shí),他選擇了在二維材料半導(dǎo)體、鈣礦半導(dǎo)體、硫金屬氟化物等領(lǐng)域“坐冷板凳”。
興趣是最強(qiáng)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng),大三時(shí),高亮做了一個(gè)課程設(shè)計(jì)“用光電的形式測(cè)自己的心跳”,讀研時(shí)候,高亮覺(jué)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(diǎn)材料做紅外探測(cè)器的方式,隨后,他跟隨師兄們做了大量的研究實(shí)踐!安┦科陂g去了這個(gè)技術(shù)的鼻祖多倫多大學(xué),看到國(guó)際最新的發(fā)展趨勢(shì),也更堅(jiān)定了自己要在這條路上一直走下去的決心。”
回過(guò)頭來(lái)看,高亮的產(chǎn)學(xué)研經(jīng)歷,正是一條“以用為導(dǎo)向”的科研成果轉(zhuǎn)化之路。
近日,高亮獲評(píng)2023年“湖北向上向善好青年”,據(jù)了解,多年來(lái),高亮專(zhuān)注于CQD紅外探測(cè)芯片的基礎(chǔ)應(yīng)用研究,主要貢獻(xiàn)體現(xiàn)在CQD芯片材料、器件、集成的核心制備。針對(duì)CQD芯片材料缺陷多、器件結(jié)構(gòu)不兼容、集成工藝不成熟等瓶頸問(wèn)題,提出芯片材料液相外延鈍化新策略、設(shè)計(jì)制備新型頂入射器件、開(kāi)發(fā)硅基一體化集成工藝,依托團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華為公司研制出國(guó)內(nèi)首款CQD紅外探測(cè)芯片,與同類(lèi)CQD芯片比較,外量子效率國(guó)際領(lǐng)先。
“視覺(jué)芯片”突破五大關(guān)鍵環(huán)節(jié),做出國(guó)內(nèi)首款樣機(jī)
據(jù)了解,量子點(diǎn)成像芯片也稱(chēng)“視覺(jué)芯片”。在食品檢測(cè)、半導(dǎo)體檢測(cè)等工業(yè)應(yīng)用中,基于短波紅外成像的機(jī)器視覺(jué)如同機(jī)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(duì)成像質(zhì)量以及相機(jī)成本均起著決定性作用。
國(guó)外銦鎵砷短波紅外芯片造價(jià)極其昂貴,使得短波紅外相機(jī)均價(jià)高達(dá)25萬(wàn)元,嚴(yán)重制約著市場(chǎng)增長(zhǎng)。短波紅外做成的芯片,一直需國(guó)外進(jìn)口,一枚超過(guò)萬(wàn)元,而光谷實(shí)驗(yàn)室同類(lèi)產(chǎn)品量產(chǎn)后,只售數(shù)百元。
高亮稱(chēng),50人的團(tuán)隊(duì)是新一代短波紅外成像芯片開(kāi)拓者,唐江教授任首席科學(xué)家,他和華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)/武漢光電國(guó)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(xué)參與校內(nèi)基礎(chǔ)研究的學(xué)生,團(tuán)隊(duì)人員中80%以上為碩博高材生。
聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)先后突破了材料-器件-電路-集成-系統(tǒng)5個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié),突破傳統(tǒng)工藝限制,開(kāi)拓全新工藝路線(xiàn),低溫一體化集成,開(kāi)發(fā)研制出國(guó)內(nèi)首款量子點(diǎn)紅外成像樣機(jī),售價(jià)將只有國(guó)外的1%,成本大大降低。
目前,產(chǎn)品訂單已遍布全國(guó),南方科技大學(xué)、浙江大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)和國(guó)內(nèi)消費(fèi)級(jí)龍頭模組企業(yè)均向光谷實(shí)驗(yàn)室“拋下橄欖枝”。
穿云透霧,面向手機(jī)模組、車(chē)載相機(jī)等消費(fèi)級(jí)應(yīng)用場(chǎng)景,該產(chǎn)品已申請(qǐng)十五項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利,已獲授權(quán)七項(xiàng)。產(chǎn)品已應(yīng)用在車(chē)載應(yīng)用、水果分揀、物質(zhì)檢測(cè)、半導(dǎo)體檢測(cè)、安防監(jiān)控等領(lǐng)域。
“僅一二個(gè)月,我們就銷(xiāo)售了50多萬(wàn),今年預(yù)計(jì)將達(dá)到1000萬(wàn)以上!笨纯梢(jiàn)光之未見(jiàn),開(kāi)辟短波紅外新時(shí)代!高亮和團(tuán)隊(duì)對(duì)未來(lái)充滿(mǎn)了期待。
(長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)記者陳潔 通訊員黃珊珊 吳晨婧)