比利時微電子研究中心（imec）宣布，成功在其12吋CMOS試驗製程開發之超穎表面（metasurface）上整合膠體量子點光電二極體（QDPD）。這套方法將能夠達成用於緊湊型微型化短波紅外線（SWIR）光譜感測器開發的可調式平台，建立一套用於經濟高效的高解析度頻譜成像解決方案之全新標準。
imec指出，短波紅外線（SWIR）感測器提供獨特的性能。透過偵測超過可見光譜的波長，這些感測器可以顯示肉眼無法看見的對比和特徵，因此可以看穿像是塑膠或布料的特定材料，或者霾霧等嚴峻環境。然而，傳統的SWIR感測器還是造價高昂、體積笨重，在製造方面也極有難度，使其應用受限於具備特定用途的利基應用。量子點（quantum dot）影像感測器是一種新型SWIR感測器，提供一套富有潛力的替代方案，結合更低的成本與更高的解析度。不過到目前為止，這些感測器一直在寬頻運作，而非採用頻譜模式。
而imec成功在其12吋CMOS試驗製程開發的超穎表面共整合了膠體量子點光電二極體（colloidal quantum dot photodiode）來應對這項挑戰。量子點是奈米等級的半導體，可以透過調整來吸收特定的紅外線波長，而超穎表面是具備奈米圖形的超薄元件層，精準控制光線如何與感測器發生作用。透過在與CMOS相容的製程中結合這些元件，imec已經製出一套用於微型化SWIR光譜檢測器的可調式平台，提供可利用標準CMOS製程製造的緊湊型高解度感測器架構。
imec研發計畫主持人Vladimir Pejovic表示，這項計畫的獨特亮點是其可調能力。傳統的量子點影像感測器需要為每種波長重新設計複雜的光電二極體層，這導致為每種應用的波長進行調整的過程複雜且成本高昂。我們採取的方法把這種複雜度轉移到CMOS層面，運用超穎表面來調整頻譜響應，而不是改變光電二極體堆疊。這麼做就能實現方便客製化的高解度SWIR光譜感測器，並為安全、農業、汽車、航空等領域的全新功能鋪路。
這項創舉是跨領域努力的成果，集結imec在量子點影像感測器、平面光學元件（超穎表面）與頻譜成像方面的專業。下一步是擴展這項技術的規模，從概念驗證發展成少量生產，最終是全面製造。為了加速這項轉變，imec邀請合作夥伴聯手協作。
imec技術組合經理Pawel Malinowski解釋，我們的遠大目標是把這項技術突破變成一套為業界籌備的平台。我們打算與合作夥伴攜手開發客製的影像感測器和整合式元件，展現這項技術的現實應用。我們把imec在頻譜方面的專業、量子點技術的關鍵要領和先進CMOS製造能力與特定應用領域結合，希望可以加速創新，並推動新一代SWIR感測器從概念驗證邁向全面製造。因此，imec歡迎與夥伴合作來共同塑造感測與成像技術的未來。
(首圖來源:imec 提供)
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