Artilux在基于CMOS的短波红外传感和成像领域取得突破

据麦姆斯咨询报道，近日，面向CMOS短波红外（SWIR）传感和成像应用的GeSi（锗硅）光子学技术领导者Artilux宣布，其研究团队在推进短波红外GeSi单光子雪崩二极管（SPAD）技术方面取得了突破，并被世界最负盛名的科学期刊之一《自然（Nature）》认可并发表。这篇题为“Room temperature operation of germanium-silicon single-photon avalanche diode”的论文介绍了高性能GeSi SPAD在室温下实现盖革模式工作，而在过去仅限于在低于200K的低温下工作。《自然（Nature）》严格的同行评审程序确保了只有最高水平和最广泛兴趣的研究才会被发表，而该论文在《自然（Nature）》上的发表是Artilux在基于CMOS的短波红外传感和成像领域展现自己领先地位的又一个关键标志。

探测单个光子的能力推动了许多研究领域的发展。尽管已经开发出了各种类型的单光子探测器，但由于两个主要限制因素：（1）需要在低温下工作；（2）与CMOS制造工艺不兼容，造成目前只有硅基单光子雪崩二极管（Si SPAD）获得了主流成功，并已用于消费电子产品（例如智能手机）。随着将工作波长从近红外转换为短波长红外，以获得更好的安全性和性能提升，需要一种替代的解决方案，因为硅材料无法有效响应波长超过1 µm的光。

这项由Artilux首席技术官（CTO）Neil Na博士领导的研究工作公布了一种在室温和高温下工作的CMOS兼容GeSi SPAD，其噪声等效功率比之前展示的基于Ge的SPAD提高了2–3.5数量级。该论文展示了GeSi SPAD的关键参数，包括暗计数率（19 kHz µm⁻²）、短波红外光谱（1310 nm）下的单光子检测概率（12%）、时间抖动（188ps）、脉冲后特征时间（~90 ns），以及在低击穿电压和小过量偏压下的脉冲后概率（<1%）。作为概念验证，Artilux使用基于GeSi SPAD的dToF（直接飞行时间）技术捕获了三维点云图像。Neil Na博士说：“当我们开始这个项目时，文献中有压倒性的证据表明，GeSi SPAD的室温工作根本不可能，我为我们的团队克服重重困难将科学研究变成商业现实感到骄傲。”

这一突破为CMOS光子学树立了一个新的里程碑。单光子敏感短波红外探测器、成像器和集成光路的潜在部署将开启ToF传感器和成像器、激光雷达（LiDAR）、生物光子学、量子计算和通信、人工智能（AI）、机器人等领域的关键应用。Artilux将继续其在CMOS光子学技术领域保持领先地位，旨在进一步为科学界和光子学行业做出自己的贡献。

审核编辑：刘清