想象一下，如果有一项“超能力”，能让你在漫天大雾中清晰视物，在漆黑夜里洞察万物——这是短波红外（SWIR）探测技术的拿手好戏。然而，一直以来，这项“黑科技”却身价不菲：单颗芯片动辄数千美元，价格标签上明晃晃写着“非请勿入”。正因如此，短波红外探测技术迟迟飞不进寻常百姓家。
最近，西安电子科技大学胡辉勇团队，用一颗基于硅锗工艺的芯片，将制造成本从“航天级”拉入“平民级”，为这项技术大规模走入民用市场铺平了道路。一场由硅锗技术引领的低成本、高集成度成像革命，正悄然加速。
基石、桥梁与舞台
要理解这一突破的价值，首先需要厘清短波红外探测技术与高性能感知系统之间的关系。前者是基石，赋予感知系统一种独特的“超能力”——不仅能穿透雾霾、在黑夜中看清物体，还能识别不同物质的“指纹”特征；后者则是桥梁，将底层技术转化为可用的智能之眼，为各类设备提供精准的环境数据。
正是依托这一能力，短波红外感知得以在众多场景中落地：它能让智能手机在暗光下拍出更清晰的画面，让车载激光雷达以更低成本守护驾驶安全，让智能家居更精准地感知人的存在与状态，也让工业检测更快速、更可靠，从源头保障消费品品质。
短波红外探测技术应用场景
从更宏观的视角看，短波红外技术的突破，直接决定了未来产业智能化的深度与广度。如果没有高性能的短波红外感知，商业航天便难以在复杂环境中实现精准对接，人形机器人也无法在昏暗场景下灵活作业。这一关键技术，为众多前沿领域的智能化构筑了不可或缺的能力底座。
高性能与低成本的“天堑”
短波红外技术虽优势明显，但过去几十年，其应用场景却高度集中于军工与高端科研。普通消费者几乎感受不到它的存在。这是因为长期以来，该技术面临一个“不可能三角”：成本高、性能受限、集成难度大。简单来说，既要看得清，又要用得起，还要做得小巧，这三者很难同时实现。
目前主流的InGaAs（铟镓砷）探测器虽性能优异，量子效率（衡量光电器件的关键指标）高达70%-90%，但其制造需采用昂贵的磷化铟衬底及Ⅲ-V族化合物工艺，无法兼容硅基CMOS产线。这不仅导致芯片良率低，更使得单芯片成本高达数百至数千美元，成为其大规模“飞入寻常百姓家”难以逾越的鸿沟。
用业内人士形象的比喻来说：“如同用打造航天器的方法去造家用电器，成本与规模注定无法匹配。”市场亟需一种既能保持高性能，又能将成本降至“平民级”的颠覆性技术路线，打破高端芯片的价格壁垒，让智能感知技术真正走出实验室，走进千行百业与千家万户。
硅锗，在CMOS工艺上跳“华尔兹”
研究团队的破局思路，在于选择了SiGe（硅锗）这条被国际巨头验证、且与现有半导体产业生态最为兼容的路径。
硅锗技术的核心魅力在于“兼容”与“拓展”。利用专有硅锗外延工艺平台进行材料外延，然后采用标准硅基CMOS工艺平台制备探测器件，不仅将探测波段从硅的极限拓展至关键的短波红外区域，更巧妙地“借道”了成熟、低成本的8英寸/12英寸硅基产线。
“这意味着，我们可以用造手机芯片的方式和成本基础，去制造原本天价的短波红外探测器。”团队技术核心成员王利明解释。与InGaAs技术相比，硅锗路线的理论成本可降至其百分之一到十分之一，为消费电子、智能驾驶等百亿级市场打开了大门。
然而，理想与现实之间横亘着一道巨大的技术鸿沟。硅与锗的原子排列周期存在4.2%的“错位”——就像两位*惯不同步伐的舞者共舞，稍有不慎就会步伐凌乱。这种错位会在材料中产生大量缺陷，导致探测器“漏电”，灵敏度大打折扣。正是这个“原子级”的难题，让这项技术在此前二十多年里始终走不出实验室。
打通全链条，性能对标国际一流
面对这一失配难题，团队在多个层面展开了系统性攻关：在材料生长环节，设计了多层渐变缓冲层，配合低温生长技术，像铺设一层层缓冲垫一样，逐步减少材料内的原子级失配，大幅降低了缺陷密度；在界面处理上，采用原位退火和钝化技术，相当于给材料表面穿上一层“保护衣”，有效抑制了漏电现象；在器件设计层面，通过创新的SPAD（单光子雪崩二极管）结构设计，优化电场分布，让载流子信号更清晰、噪声更低。此外，团队还建立了仿真与实验的闭环验证体系，通过计算机模拟与实测数据相互印证，精准指导每一次工艺改进。
依托西电杭州研究院，团队打通了“器件设计仿真—材料外延生长—专用工艺流片—匹配电路设计—成像系统验证”全流程自主研发闭环。
硅锗专用流片线
团队自主搭建了硅锗外延系统，自研读出电路与成像模组，形成从芯片到系统的完整解决方案。同时，正在建设的硅锗专用流片线预计2026年底投产，具备快速迭代、工艺可控、低成本验证能力。这意味着，从一张设计图纸到最终能用的成像系统，所有核心环节都掌握在自己手里。不仅保障了关键技术的自主可控，也为后续产品快速迭代、大规模推向市场打下坚实基础。
团队研制的硅锗短波红外单光子探测芯片
目前，团队研制的硅锗单光子探测器在近室温条件下的核心性能，已具备与国际一线梯队同台竞技的实力。无论是探测效率还是噪声抑制水平，均已达到甚至比肩Sony、台积电、台湾光程研创等全球行业领军者所代表的最先进水平。在高端光电传感这一关键赛道上，国产技术已成功打破“天花板”，为我国下一代“智能之眼”摆脱进口依赖、实现自主可控奠定了坚实根基。
技术突破的曙光，已照亮产业化的前路。团队规划出一条清晰的产业化路径：全力推进核心产品定型，率先在单光子通信、激光测距等专用领域实现市场突破；依托自主硅锗工艺产线，快速构建完整闭环能力，让技术成果真正从实验室“走出来”。
从专用走向通用，从高端走向民生——西电杭州研究院正让过去“用不起”的高性能感知技术，真正走进千行百业、千家万户。可以预见，当硅锗短波红外探测技术实现大规模普及，赋予千行百业“超越人眼”的感知能力时，它所驱动的将不仅是单一产业的升级，更是一个万物互联、精准感知的智能时代的全面到来。
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