南开大学开发硅基宽光谱探测器 飞秒激光技术实现可见光至红外探测

一、研究背景：宽光谱探测需求提升，现有方案存在局限

当前，人工智能、自动驾驶、空间遥感及高速通信等领域对覆盖可见光至红外波段的宽光谱CMOS图像传感器提出了更高需求。主流硅基图像传感器主要响应可见光波段；而铟镓砷、磷化铟等红外传感器难以探测可见光，且制备工艺相对复杂、成本较高，与主流CMOS工艺的兼容性有限，成为行业面临的技术难点。

二、技术方案：飞秒激光改性硅材料，提升工艺兼容性

南开大学物理科学学院吴强、周旭、许京军教授团队长期从事飞秒激光过饱和掺杂技术与硅基光电探测研究。团队将脉冲整形技术与飞秒激光过饱和掺杂技术相结合，优化硅材料表面微结构与元素分布均匀性，对普通硅材料进行改性加工，成功研制出可与CMOS工艺对接的宽光谱硅基光电探测器。此外，团队还解决了飞秒激光掺杂与先进节点芯片工艺兼容的问题，推动该技术向标准化制备工艺迈进。

三、核心性能：实现可见光至1550nm宽光谱探测

该探测器在多项性能指标上取得了进展：

光谱范围拓展：突破了硅基1100nm的传统探测波长限制，可在室温下稳定探测1550nm红外波段，实现了可见光至近红外宽光谱的探测能力；

弱光探测能力提升：可探测的最弱光强低于部分商用硅基PIN探测器；

探测效率较高：在可见光波段的峰值比探测率在硅基光电探测器中表现良好；

工艺兼容性较好：适配主流CMOS工艺，具备较好的集成性与成本可控性。

四、应用价值：适配多场景，助力光电探测技术发展

该硅基宽光谱探测器为自动驾驶、激光雷达、弱光夜视成像、高精度医疗诊断、空间遥感等应用场景提供了一种新的器件方案，有助于相关技术的进一步发展与推广。

五、成果与团队：发表国际期刊，获多项专利授权

相关研究成果发表于工程制造领域国际期刊《International Journal of Extreme Manufacturing》，南开大学为第一完成单位，博士研究生曹家欣为论文第一作者。团队在该方向的相关技术已获得多项国家发明专利授权。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。

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