长期以来，短波红外探测凭借雾霾穿透、夜间成像和材质识别等优势，被认为是下一代感知与成像的重要方向。但产业化过程中，一个现实难题始终存在：高性能短波红外探测芯片价格居高不下，难以像可见光图像传感器那样进入大规模消费电子和车规级市场，应用更多集中在科研、安防、特种装备以及少量高端工业场景。造成此局面的关键在于，主流短波红外探测器长期以铟镓砷材料体系为代表。尽管其性能成熟、路线明确，但制造高度依赖磷化铟衬底，材料与工艺成本高，且与硅基CMOS制造体系兼容性不足，难以充分利用成熟硅产业链的规模优势。鉴于此，如何以更低成本实现短波红外波段的高灵敏探测，并与主流半导体工艺衔接，成为产业扩面的关键变量。西安电子科技大学胡辉勇教授团队此次的突破，聚焦于硅锗材料体系的单光子雪崩二极管（SPAD）芯片研制。团队选择与产业链更契合的硅锗路线：在材料端基于硅锗外延平台完成生长，在制造端引入标准硅基CMOS工艺进行器件制备，推动短波红外探测向“硅基化、规模化”迈进。团队表示，这一路径有望推动短波红外高端芯片从过去“单颗数百至数千美元”的成本区间明显下探，为进入智能手机、车载激光雷达等成本敏感市场创造条件。硅锗路线并不轻松。硅与锗晶格常数差异带来约4.2%的晶格失配，容易引发材料缺陷与器件漏电，进而影响暗计数、噪声与可靠性。这也是涉及的研究长期停留在实验室、难以工程化量产的重要原因。针对这一痛点，团队在材料、工艺与器件结构上共同推进：一上，通过多层渐变缓冲层与低温生长等方法降低失配缺陷；另一方面，引入原位退火与钝化技术抑制漏电；同时优化SPAD结构设计与电场分布，提高有效信号并降低噪声。通过多环节联动，团队建立起覆盖“器件设计—材料外延—工艺流片—电路匹配—系统验证”的研发闭环，为后续迭代与工程化落地提供支撑。从应用影响看，硅锗短波红外SPAD芯片的进展至少具有三方面意义。其一，有助于将短波红外从“高端小众”推向“可复制、可量产”，为消费级暗光摄影、空间感知、人机交互等功能提供硬件基础；其二，为车载激光雷达、低照度与全天候感知提供新的器件选项，若成本、可靠性与车规一致性上继续验证，有望推动在车辆环境中的应用落地；其三，对工业无损检测、分选与材质识别等领域而言，成本下降与供应链可控将促使更多产线引入短波红外检测，提升检测精度与生产效率。在推进上，团队正在建设硅锗专用流片线，预计2026年底建成。业内人士认为，具备专用流片能力将缩短研发验证周期，推动工艺参数持续沉淀，提升关键环节可控产能，从而更有利于从“样机可用”走向“批量一致”。同时，短波红外SPAD的系统级应用仍需补齐多项工程要素，包括与读出电路的协同优化、封装与热管理、标定与算法适配、可靠性与寿命评估等。下一阶段，若能在更复杂场景中完成系统验证，并在产业端形成面向手机、车载、工业的分级产品策略，硅锗路线的市场化空间有望进一步打开。展望未来，短波红外探测的规模化应用取决于“性能—成本—工艺—供应链”的综合平衡。硅锗SPAD芯片的进展表明，选择与成熟制造体系兼容的材料与工艺路径，并对长期瓶颈开展系统性攻关，短波红外从高成本约束走向普及并非遥不可及。随着流片平台完善与产业协同加强，短波红外感知能力有望在更多终端形态中加速落地，成为新一代智能硬件与智能制造的重要基础能力。
这项源自高校实验室的技术突破，反映了面向实际需求推动科研成果落地的导向；从基础研究到产业应用的加速转化，反映出我国科技创新体系与产学研协同能力的提升。在全球半导体产业格局深度调整的背景下，关键核心技术的持续突破，将继续增强我国在对应的高技术领域的主动性与竞争力。