於本周舉行的2024年IEEE國際電子會議（IEDM）上，比利時微電子研究中心（imec）攜手其比利時Q-COMIRSE研究計畫的合作夥伴，展示第一款包含砷化銦（InAs）量子點光電二極體的短波紅外線影像（SWIR）感測器原型。該感測器成功展示1390奈米的成像結果，提供用來替代第一代量子點的環境友善技術；第一代量子點因為含鉛而致使其量產受限。對含有低成本且無毒光電二極體的紅外線影像量產市場來說，這項概念驗證是一項重要進展。

整合於短波紅外線光學感測器內的無鉛量子點光電二極體概念驗證圖

透過感測超出可見光譜的波長，短波紅外線（SWIR）感測器可以增強對比度和細節，因為材料在此波段的反射不同。這些感測器能辨別對肉眼來說看似相同的物品，還能穿透霧或靄，使其成為諸多應用的寶貴利器，例如消費電子產品所用的人臉辨識或眼動追蹤，以及自動車輛導航。雖然目前的裝置版本造價高昂且僅限於高階應用，但是晶圓級整合可望擴大技術取用性。

量子點（quantum dot）是可透過工程設計在特定波長發光和吸光的奈米級半導體粒子。當調整到短波紅外線（SWIR）波段時，量子點可以提供低成本的緊湊型吸收劑，因為他們有可能與CMOS電路和現有的製程整合。然而，第一代量子點通常含有有毒的重金屬，例如鉛及汞，而目前持續尋找替代材料。

於2024年IEEE國際電子會議（IEDM）上，比利時微電子研究中心（imec）攜手其Q-COMIRSE研究計畫夥伴—成員包含比利時根特大學、比利時根特大學的MicroLED技術衍生公司QustomDot、化工材料研發公司ChemStream、艾邁斯歐司朗（ams OSRAM） ，共同推出了一款以無鉛量子點替代材料／砷化銦（InAs）為吸收劑的短波紅外線（SWIR）影像感測器。這款概念驗證感測器在玻璃基板和矽基板上完成了測試，為首款成功製出1390奈米成像結果的裝置。儘管量子點的材料特性脆弱，仔細選擇堆疊材料後的結果顯示出超過300小時的空氣穩度性，實現在晶圓廠製造的相容性。該像素結構已經能針對影像感測應用來與CMOS技術整合，還可以進行平面顯示器（FPD）整合。

imec技術主任和成像技術領域計畫主持人Pawel Malinowski強調這次創舉的重要性：「第一代量子點感測器是展示這種彈性平台所具備的多種可能的關鍵。我們現在正在開發第二代裝置，這些裝置未來將是實現大量生產的關鍵技術—目標是運用環境友善的方式來達到具備成本效率的製造。隨著產業要角深入研發量子點，我們致力於進一步改良這項半導體技術，以打造出具備新功能、易用且緊湊的多功能影像感測器。」

艾邁斯歐司朗（ams OSRAM）工程技術院士Stefano Guerrieri補充說明：「把膠體量子點內的鉛取代為更為環境友善的材料是我們在Q-COMIRSE研究計畫的主要目標。我們攜手imec、根特大學、根特大學衍生公司QustomDot和化工材料研發公司ChemStream等法蘭德斯地區夥伴所取得的傑出研發成果為低成本的無鉛短波紅外線技術創造發展條件，這項技術一旦發展成熟至商品化，就能在機器人、汽車、AR／VR和消費電子產品等實現超越以往的應用。」

本研究由比利時法蘭德斯區的尖端材料研發園區SIM-Flanders (HBC.2021.0803)資助的Q-COMIRSE研究計畫實施。聯盟成員包含了比利時微電子研究中心（imec）、比利時根特大學、比利時根特大學的衍生公司QustomDot、化工材料研發公司ChemStream和比利時艾邁斯歐司朗感測器（ams OSRAM sensor Belgium）。