当一颗原本要卖到几千美元的高端芯片,有机会压到原来成本的百分之一,还能装进你我口袋里的手机和路上的汽车,这事就已经不只是科技新闻,而是足够写进中国芯片产业里程碑的一笔了。

这次西安电子科技大学胡辉勇团队干的,就是这么一件事。

他们做出来的,是一款听上去有点拗口的小东西:基于硅锗工艺的单光子雪崩二极管芯片。

名字长,但干的事很简单好懂——

给机器装上一双能看穿黑夜和雾霾的眼睛,而且是平价版的。

你可以先想象几个画面。

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晚上在街头随手一拍,画面干净清晰,噪点少得惊人,暗处细节也都在,不用开补光灯糊你一脸。

高速路上大雾天气,前挡风玻璃外面白茫茫一片,但车载激光雷达像开挂一样,能精准看到前方行人和障碍物。

工厂里不用拆机器、不用停产,只要一台小小的检测设备,就能看穿金属外壳,找到里面隐藏的裂纹和缺陷。

这些背后,核心就是短波红外探测技术。

短波红外是个什么概念?

如果把光比作一群波长不同的乐队成员,肉眼能看到的是可见光,夜视仪、热成像用的是中远红外,而短波红外则像是站在中间、既懂可见世界,又能摸到部分红外世界的那个多面手。

它有几个特别适合当主角的优点。

能穿透雾霾和烟尘。

在几乎全黑的环境里成像依然清晰。

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不同材质在短波红外下反射特性不同,因此可以看出材质差异,金属和塑料、真皮和人造革,一眼能分。

这就是为什么短波红外是手机暗光摄影、车载激光雷达、工业无损检测眼中的黄金波段。

但过去一直有个致命问题。

太贵。

传统解决方案基本都用铟镓砷这套材料体系,性能的确强,可问题是它要搭配磷化铟这块昂贵的衬底。

这就好比你想做个家用小电器,结果必须用造航天飞机那套材料和工艺,一天光材料钱就吃不消。

而且铟镓砷这条路和现有大规模的硅基CMOS工艺不搭,没法直接丢进造手机芯片的生产线里一起做,一颗芯片成本就轻轻松松飙到几百甚至几千美元。

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注定只能活在军工、高端科研这些少数领域,很难走进你我的生活。

胡辉勇团队的选择,可以用四个字概括。

顺势而为。

既然硅基CMOS这条产业链已经无比成熟,又便宜又大规模,那就换一种材料,想办法把短波红外探测塞进这条成熟产线里。

他们选的是硅锗

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硅,是今天所有主流芯片的老大哥。

锗,是和硅很亲近的半导体兄弟,在光电应用上有自己的优势。

问题是,这对兄弟虽然一个姓硅一个姓锗,晶格大小却差了大约4.2%。

你可以把它想象成两块地砖,尺寸有点对不上,硬要铺在一起,缝隙和应力就会到处是,材料里全是缺陷,器件一做就漏电、噪声大、寿命差。

这也是为什么这么多年,硅锗路线一直被认为很有潜力,但真正把性能拉到国际一流水平、还能低成本接入大产线的团队并不多。

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西电这次的操作,就是硬刚这道世界级难题。

他们做了几件关键的事。

先用多层渐变缓冲层把硅和锗之间的身高差,一层一层平顺下来,类似于搭一座从低到高的台阶,让原本4.2%的晶格失配被逐步消解。

再用低温生长控制材料沉积过程,把那些容易在高温下乱窜的原子管住,减少缺陷。

接着用原位退火和钝化把残余的问题点一个个抚平,让漏电被压到可接受水平。

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最后在SPAD结构本身下狠手,对电场分布进行重新设计和优化,让真正有用的光信号被放大,杂乱无章的噪声被压制,做到既灵敏又稳定。

这一整套组合拳打下来,结果是,在接近室温的条件下,他们做出来的硅锗单光子探测器,在探测效率和噪声抑制这些核心指标上,已经具备和国际主流水平同台竞争的实力。

也就是说,不只是便宜,是又便宜又好用。

更关键的是,工艺路线跑通之后,整个产业逻辑就变了。

他们不是做一个孤零零的科研样品,而是把全链条一起打通了。

前端有器件设计。

中间有材料外延和工艺流片。

后端有电路匹配和系统验证。

再加上正在推进的硅锗专用流片线,预计在2026年底建成。

这意味着什么?

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意味着从概念到样品,从样品到产品,从产品到量产,不再是每一步都被别人卡着,而是自己的团队可以快速迭代验证。

更现实一点说,就是短波红外探测器,终于有希望用造手机芯片的成本结构来做。

当一颗原本要几百上千美元的芯片,成本有机会被打到原来的十分之一甚至百分之一,游戏规则就要被重写。

手机厂商会认真考虑把短波红外摄像头塞进中高端甚至中端机型。

车企会重新评估激光雷达的上车成本,不再只敢用在少数旗舰车型上。

工业检测、小型光谱仪、无人机、机器人,这些以前舍不得用短波红外的场景,也会慢慢打开。

更深一层,这对国内半导体产业链是一次从点到面的撬动。

过去很多人谈中国芯,只盯着CPU、GPU、存储这些已经充满血腥味的战场。

而在像短波红外SPAD这类新兴的高端细分领域,谁先把技术和工艺路线打通,谁就多了一块可以引领的高地。

这次西电团队踏上的,正是这样一条路线。

当然,冷静一点看,前面还有很多长坡要爬。

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工艺大规模量产的良率如何、在复杂系统里长期运行的可靠性能不能经受考验、和手机、车企、设备厂商之间的协同能不能快速形成闭环等等,这些都不是一夜之间就能解决的。

但有两件事已经很清楚。

第一,短波红外这块曾经高高在上的技术高地,被真正拉低了进入门槛。

第二,这件事是中国自己的团队,站在自己的工艺平台上,一步一步啃下来的,而不是买来一条别人退役的线凑合着用。

有时候,我们感受到的科技进步,不是那种惊天动地的大新闻,而是若干年之后回头看,发现当年某一个不起眼的突破,恰好就是产业拐点的起点。

这块硅锗SPAD芯片,很可能就是那种节点类的存在。