感算一体胶体量子点短波红外及中波红外成像芯片，助力辅助驾驶及工业视觉领域应用
摘要：北京理工大学唐鑫教授团队与中芯热成科技（北京）有限责任公司联合开发，完成了首个截止波段达到2.5微米及5微米的短波红外及中波红外成像芯片的研发。在此基础之上，解决了红外胶体量子点器件复杂能带结构设计难题，在像素硬件层面，实现了感算一体化双模式（单色短波及双色短波-中波红外融合）成像器件制备，助力辅助驾驶及工业视觉领域应用。
目前成像芯片信息探测和信息处理分别由不同类型的图像传感器和数字图像处理器完成，这使得传统视觉系统面临着较大功耗及时间延迟问题。感算一体技术被认为是解决上述挑战的有效途径，然而，如何设计出满足上述需求的量子材料，并实现具备宽光谱多信息同步探测和处理功能的新型感算一体器件是一个广受关注的议题。在红外成像芯片领域，现有铟镓砷、碲镉汞及碲化铟等块体半导体技术架构下，由于存在晶格位错、缺陷等问题，不同带隙材料耦合困难，硅基CMOS集成受限，极大制约了感算一体化成像芯片的研发。
胶体量子点的出现，为低成本、高性能成像芯片的制备提供了全新思路。2022年1月，北京理工大学唐鑫教授团队与中芯热成科技（北京）有限责任公司（以下简称“中芯热成”）联合开发，完成了首个截止波段达到2.5微米及5微米的短波红外及中波红外成像芯片的研发，并实现4-8英寸晶圆级制备工艺（图一）。
在此基础之上，北京理工大学唐鑫教授团队深入攻关，解决了红外器件复杂能带结构设计、偏压调控双模式工作机理等难题，在像素硬件层面，实现了感算一体化双模式成像器件制备，避免了传统分光路图像融合方法所面临得速度、精度及图像配准等挑战（图二）。通过偏压调控，可以将器件工作状态在单色短波及短波-中波融合模式之间进行切换。通过分时控制，可以依靠短波红外获取穿云透雾的道路场景信息及目标材质信息；在双色融合模式之下，又可以实现短波场景与温度信息的像素级融合，避免了传统波段融合技术所存在的图像配准误差及延时等问题。通过能带工程及器件工程，在探测器硬件层面设计具有光谱差分、光谱融合及边缘提取功能的无源光电探测结构，结合新型量子材料片上集成工艺，实现大面阵、宽光谱、感算一体化成像芯片设计。相关成果以“Single-/fused-band Dual-mode Mid-infrared Imaging with Colloidal Quantum dot Triple-junction”为题发表于光学一区期刊Photonics Research。
中芯热成科技成立于2021年3月并获首轮逾千万融资。目前公司具备器件设计、材料制备、封装集成及芯片测试的完整工艺能力。预期年内建成8英寸探测器晶圆级制备产线，实现640×512、1280×1024阵列规模1.5-5微米范围内任意波段成像芯片量产。2023年预计达产产能约20000台/年。中芯热成同时提供低维材料面阵型成像芯片设计、封装及测试业务，相关合作交流请致电刘经理：15010474163。
