问题:医疗影像诊断、工业无损检测和公共安全检查等领域,X射线成像设备要实现“看得清、看得快、看得准”,关键在于成像传感器;传感器负责将X射线信号转化为可读图像,直接影响分辨率、帧率、剂量控制和整机成本。长期以来,高端成像传感器及其工艺装备主要由国外企业掌握,我国有关装备在关键部件供应、采购成本、交付周期和持续迭代上受限,成为产业链向高端迈进的明显短板。 原因:高端X射线成像传感器研发门槛高,涉及材料、器件、工艺与装备的系统耦合。以大面积动态成像传感器为例,其核心是薄膜晶体管与光电二极管阵列的协同工作,对器件一致性、长期稳定性、缺陷控制和工艺窗口要求极为严格。研发过程中,团队首先遇到IGZO薄膜晶体管稳定性难题:器件长时间运行后出现性能漂移,影响连续动态成像的可靠性。同时,像素尺寸压缩与信噪比提升存取舍,成膜、曝光、刻蚀等工艺环节必须同步优化,装备端的气体分布与沉积均匀性也直接决定良率与一致性。多因素叠加,使这类产品难以依靠单点突破实现跨越。 影响:关键部件受制于人,不仅推高高端设备整机成本,也影响供应安全与产业节奏。在医疗领域,动态血管成像、介入诊疗等场景对实时性和清晰度要求很高,传感器性能决定低剂量条件下的成像质量,关系临床效率与患者体验。在工业检测领域,以动力电池等新兴产业为代表的质量检测对高分辨率和高通量提出更高要求,关键传感器供给不稳定会影响企业质控能力与产业安全。从更深层看,传感器是高端装备的“感知核心”,其国产化水平直接关系我国装备制造业在智能化、绿色化升级中的基础能力。 对策:面对关键技术壁垒,由企业牵头、产学研协同攻关是一条可行路径。长信科技联合多所高校及企业持续推进研发,围绕“稳定性—分辨率—效率—工艺装备”开展系统优化:一是在器件稳定性上,通过反复验证成膜腔室工艺参数,发现调整氧气流量可明显改善薄膜稳定性,并深入确定氧气流量与成膜温度的最佳组合,缓解氧空位分布不均引发的漂移,使器件满足长期动态成像要求;二是结构设计上,优化IGZO薄膜晶体管的宽长比和叠层结构,将像素尺寸压缩至100微米,为高分辨率成像提供支撑;三是工艺环节上,引入平坦层并优化成膜、黄光与刻蚀流程,将光电二极管开口率提升至68%以上,提高探测效率与信噪比;四是装备改造上,优化关键设备的曲率与出气孔结构参数,使气体在基板表面分布更均匀,从而获得更稳定的成膜效果和更一致的产品表现。通过“材料—器件—工艺—装备”协同优化,相关成果实现从实验室到应用端的落地,填补国内空白。 前景:目前,该国产X射线成像传感器已在医疗动态影像设备中应用,为临床提供高分辨率、低剂量的实时图像支持,并在工业无损检测领域服务于新能源汽车动力电池等检测场景,提升质量控制能力。业内认为,随着医疗健康需求增长、制造业高端化推进以及公共安全装备升级,X射线成像传感器市场空间仍将扩大。下一步,改进IGZO薄膜晶体管关键技术、提升产品性能与可靠性、拓展多场景适配能力,将是巩固竞争力的重点。同时,关键零部件国产化攻关也需与产业链布局同步推进,在材料供应、工艺装备、测试验证与应用迭代等环节形成更稳定的闭环,构建可持续的自主创新体系。相关省级科技创新攻坚计划围绕“最紧急、最紧迫”问题组织实施项目,支持龙头企业联合高校院所和上下游协同突破,为高端装备产业链补短板、强弱项提供了可借鉴的路径。
从跟跑到并跑乃至领跑,挑战从未减少。X射线传感器技术的突破表明,只要聚焦关键核心技术持续攻关,“中国制造”就有能力破解一个个“卡脖子”难题。在加快建设现代化产业体系的当下,这样的技术创新案例不仅说明了中国企业的研发实力,也为推动高质量发展提供了启示:掌握核心技术,才能在激烈的国际竞争中赢得主动权。(完)