利用顛覆性技術膠體量子點紅外探測成像做成的“視覺芯片”及芯片封裝模組裝到手機、檢測器上，可以“穿透”介質，看到肉眼看不到的“真相”。

一枚僅硬幣大小的芯片如“火眼金睛”，能探測更遠更精。同時讓人驚喜的是，它的成本可降至傳統短波紅外成像技術的百分之一！湖北光谷實驗室日前傳來好消息，其聯合華中科技大學科研團隊研發的系列膠體量子點成像芯片實現短波紅外成像。目前已完成中試，性能優越，成本極低，有望顛覆傳統市場。


“冷板凳”一坐就是10年

“不要看這一顆顆小小的芯片，它們價值不低，一顆可以賣到5000至1萬元。”光谷實驗室聯合創始人、華中科技大學武漢光電國家研究中心教授高亮指著自己團隊研發的產品，自豪地介紹。高科技的背后，是半導體光電相關的原理，“它是用膠體量子點，把紅外光給吸收了，然后把它變成電子，電子再被這個讀數電路進行處理，最后得到紅外的圖像。”

膠體量子點（CQD）紅外探測芯片技術正在向第三代微型、高性能和低成本的方向發展，是我國實現紅外探測芯片技術彎道超車的突破口。

12年前，高亮是華中科技大學光學與電子信息學院院長唐江教授的博士生，出于自己的喜好和判斷，他并沒有選擇當時半導體國際前沿領域的熱門方向。

“新的、火熱的科研，也許發論文會更容易，但我對半導體新材料電子器件更感興趣。”高亮稱，讀書時，他選擇了在二維材料半導體、鈣礦半導體、硫金屬氟化物等領域“坐冷板凳”。興趣是最強的創新驅動，大三時，高亮做了一個課程設計“用光電的形式測自己的心跳”，讀研時候，高亮覺得“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。”

基于量子點材料做紅外探測器的方式，隨后，他跟隨師兄們做了大量的研究實踐。“博士期間去了這個技術的鼻祖多倫多大學，看到國際最新的發展趨勢，也更堅定了自己要在這條路上一直走下去的決心。”回過頭來看，高亮的產學研經歷，正是一條“以用為導向”的科研成果轉化之路。


突破五大關鍵環節

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勢，可廣泛應用于軍事國防、安全監控、自動駕駛等領域。12年前，高亮成為華科大光學與電子信息學院院長唐江教授的博士生，更堅定了自己的研究方向。“雖然當時這并非熱門方向，發論文也不太容易，但老師鼓勵我，只要認準了，堅持下來，更有價值和意義。”

紅外成像技術涉及材料、器件、集成電路等多方面，研發周期長，需要人員多。高亮介紹，近年來，紅外成像技術，尤其是量子點紅外成像呈現快速發展的態勢。成像芯片是成像系統最核心部件，對成像質量以及相機成本起著決定性作用。傳統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，嚴重制約著市場增長特別是消費應用。

2018年，高亮團隊瞄準了膠體量子點，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，無數次實驗終于有了收獲，他們成功研制出國內首款膠體量子點紅外探測芯片。聯合科研團隊先后突破了材料-器件-電路-集成-系統5個關鍵環節，突破傳統工藝限制，開拓全新工藝路線，低溫一體化集成，開發研制出國內首款量子點紅外成像樣機，售價將只有國外的1%，成本大大降低。


“從1到10”成果轉化落地

目前，產品訂單已遍布全國，南方科技大學、浙江大學、西北工業大學和國內消費級龍頭模組企業均向光谷實驗室“拋下橄欖枝”。

穿云透霧，面向手機模組、車載相機等消費級應用場景，該產品已申請十五項發明專利，已獲授權七項。產品已應用在車載應用、水果分揀、物質檢測、半導體檢測、安防監控等領域。“僅一二個月，我們就銷售了50多萬，今年預計將達到1000萬以上。”看可見光之未見，開辟短波紅外新時代！高亮和團隊對未來充滿了期待。

光谷實驗室注重“從1到10”的科研成果轉化落地，針對性組建了“科學家+工程師”聯合攻關團隊，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。“團隊基本都是90后，大家很有活力，很有想法，很有沖勁，光谷實驗室建設也還不到3年，機制很靈活，在這里拼博，我很有成就感。”

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