一枚僅硬幣大小的芯片如“火眼金睛”，能探測更遠更精。更讓人驚喜的是，它的成本可降至傳統(tǒng)短波紅外成像技術(shù)的百分之一！

湖北光谷實驗室日前傳來好消息，其聯(lián)合華中科技大學(xué)科研團隊研發(fā)的系列膠體量子點成像芯片實現(xiàn)短波紅外成像，目前已完成中試，性能優(yōu)越，成本極低，有望顛覆傳統(tǒng)市場。

湖北光谷實驗室膠體量子點短波紅外成像芯片項目負責(zé)人、華中科技大學(xué)武漢光電國家研究中心教授高亮介紹，團隊從數(shù)人起家，耐住寂寞，終于迎來了短波紅外成像技術(shù)“黃金期”，正為“中國造”芯片產(chǎn)業(yè)化提供強有力的科技支撐。

每個方向都有金字塔，最難的是堅持

人類80%以上的信息通過眼睛獲得，圖像感知是信息社會的主要入口，是消費電子、自動駕駛、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的基礎(chǔ)支撐?？床灰姷墓鉃槭裁茨軝z測出心跳心率？在華科大讀本科時，一次課程設(shè)計，讓高亮對紅外探測的“神奇”產(chǎn)生了濃厚興趣。

相較于可見光成像，短波紅外成像具有可穿云透霧、可透視硅片等顯著優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用于軍事國防、安全監(jiān)控、自動駕駛等領(lǐng)域。12年前，高亮成為華科大光學(xué)與電子信息學(xué)院院長唐江教授的博士生，更堅定了自己的研究方向。“雖然當(dāng)時這并非熱門方向，發(fā)論文也不太容易，但老師鼓勵我，只要認準(zhǔn)了，堅持下來，更有價值和意義。”

紅外成像技術(shù)涉及材料、器件、集成電路等多方面，研發(fā)周期長，需要人員多。高亮介紹，近年來，紅外成像技術(shù)，尤其是量子點紅外成像呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢。成像芯片是成像系統(tǒng)最核心部件，對成像質(zhì)量以及相機成本起著決定性作用。傳統(tǒng)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20余萬元，嚴(yán)重制約著市場增長特別是消費應(yīng)用。

2018年，高亮團隊瞄準(zhǔn)了膠體量子點，這是一種新興納米材料，他們通過低溫的溶液法制備工藝，探索適于自動化制備的最佳窗口，實現(xiàn)可與硅基芯片一體化集成的量子點短波紅外成像芯片。

功夫不負有心人，無數(shù)次實驗終于有了收獲，他們成功研制出國內(nèi)首款膠體量子點紅外探測芯片，相關(guān)成果2022年發(fā)表于《Nature Electronics》。“芯片做出來的那一天，所有人都歡欣鼓舞。我們一直堅信，每個方向都有金字塔，最難的就是堅持。”

膠體量子點紅外探測芯片技術(shù)正在向第三代微型、高性能和低成本的方向發(fā)展，是我國實現(xiàn)紅外探測芯片技術(shù)彎道超車的突破口。多年來，高亮專注于膠體量子點紅外探測芯片的基礎(chǔ)應(yīng)用研究，針對材料缺陷多、器件結(jié)構(gòu)不兼容、集成工藝不成熟等瓶頸問題，提出芯片材料液相外延鈍化新策略、設(shè)計制備新型頂入射器件、開發(fā)硅基一體化集成工藝。國內(nèi)首款膠體量子點紅外探測芯片與同類相比，外量子效率國際領(lǐng)先。

新一代開拓者幾乎全是年輕人

這款芯片的研發(fā)成功，距離全球量子點紅外探測器首次被論證，僅過去了10余年。2022年全球相關(guān)專利申請量激增，從中可見這項技術(shù)的飛速發(fā)展。

高亮介紹，從2018年的七八人，到現(xiàn)在的60人，團隊也飛速發(fā)展著。目前，唐江教授任首席科學(xué)家，高亮和華科大集成電路學(xué)院劉冬生教授、張建兵副教授是聯(lián)合創(chuàng)始人，團隊中八成以上為碩博高材生。“他們是新一代短波紅外成像芯片開拓者。”高亮介紹，僅在量子點紅外探測芯片技術(shù)方向，團隊已申請15項發(fā)明專利，獲授權(quán)7項，原型產(chǎn)品已初步應(yīng)用在車載應(yīng)用、水果分揀、物質(zhì)檢測、半導(dǎo)體檢測等領(lǐng)域。

采訪當(dāng)天，博士生劉婧正在超凈實驗室和伙伴們分析最新監(jiān)測數(shù)據(jù)。她被團隊成員稱為“大師姐”，因為她在團隊待了8年，和團隊一起成長，科研成果頗豐。“我最大的收獲是在研發(fā)過程中接觸到多個鏈條的內(nèi)容，對全流程的認識更清晰、更完整，也對今后的發(fā)展更有信心。”

光谷實驗室注重“從1到10”的科研成果轉(zhuǎn)化落地，針對性組建了“科學(xué)家+工程師”聯(lián)合攻關(guān)團隊，高亮團隊就有8名工程師。工程師孫磊去年4月來到實驗室，此前他在華為工作了4年多。“團隊成員基本都是‘90后’，大家很有活力、很有想法，光谷實驗室建設(shè)也還不到3年，機制很靈活，在這里拼搏，我很有成就感。”

高亮自豪地說，團隊有明確的目標(biāo)，同時互補性高，不同成員具有材料、器件、電路、集成等不同的技術(shù)背景和能力，能夠形成強大合力。目前，已有企業(yè)來洽談成果產(chǎn)業(yè)化事宜，他們還將全力解決量子點紅外光傳感器的穩(wěn)定性和效率問題，并拓展波長和靈敏度方面可能的邊界。

 （來源：湖北日報）