Čínský průlom: Nový infračervený čip zlevní senzory o 99 % a přinese je do aut i telefonů

Vědecký tým z čínské Xidian University objevil způsob, jak vyrábět čipy pro detekci krátkovlnného infračerveného záření (SWIR) pomocí stejných standardních procesů, jaké se používají pro procesory chytrých telefonů.

Vědecký tým z čínské Xidian University objevil způsob, jak vyrábět čipy pro detekci krátkovlnného infračerveného záření (SWIR) pomocí stejných standardních procesů, jaké se používají pro procesory chytrých telefonů. Tento průlom by mohl snížit náklady až o 99 procent a zpřístupnit technologii, která byla dříve omezena na vojenské satelity a naváděcí systémy raket, pro spotřební elektroniku a samořídící automobily. Masová výroba je plánována na konec roku 2026, přičemž se využije specializovaná výrobní linka na křemík-germanium, která je v současné době ve výstavbě.

Krátkovlnné infračervené světlo, které se skládá z vlnových délek neviditelných pro lidské oko, dokáže proniknout mlhou, oparem, kouřem a některými pevnými materiály. Kamery vybavené SWIR senzory mohou pořizovat snímky v naprosté tmě bez aktivního osvětlení, detekovat vnitřní vady skrze obaly výrobků a udržovat výkon v náročných atmosférických podmínkách, které brání konvenční optice viditelného světla. Tyto vlastnosti učinily SWIR nezbytným pro satelitní průzkum, dohled drony a naváděcí systémy raket, kde požadavky na výkon převyšují ohledy na náklady.

Historicky byly náklady extrémní. Jeden SWIR čip mohl stát od několika stovek do několika tisíc dolarů, především proto, že tato zařízení spoléhala na arsenid india a galia (InGaAs), složený polovodič, který je obtížné a drahé integrovat se standardními výrobními procesy CMOS. Tým z Xidian University zvolil zcela odlišný přístup a nahradil InGaAs křemíkem-germaniem, kombinací materiálů, která je již široce používána ve výrobě polovodičů a je plně kompatibilní s výrobními linkami CMOS.

Výzvou však bylo, že krystalová mřížka křemíku a germania se liší o 4,2 %, což vede k defektům na rozhraní mezi oběma materiály. U citlivých fotodetektorů tyto defekty generují šum, snižují účinnost detekce a zhoršují celkový výkon. Tým vyřešil oba primární režimy selhání současně. Mezi křemík a germanium byly zavedeny tlumicí vrstvy, které absorbují a postupně vyrovnávají nesoulad mřížky, čímž se snižuje hustota defektů na kritickém rozhraní. Následné tepelné zpracování a chemická pasivace povrchu byly aplikovány k utěsnění povrchu čipu a zabránění úniku elektrického proudu. Tento kombinovaný přístup vedl k účinnosti detekce a výkonu šumu, které podle univerzity odpovídají nebo překračují globální špičku.

Člen týmu Wang Liming zdůraznil, že tato metoda umožňuje vyrábět SWIR detektory, které byly dříve neúměrně drahé, pomocí stejných procesů a nákladové struktury, jaké se používají pro čipy chytrých telefonů. Vědci odhadují teoretické snížení nákladů až o 99 procent ve srovnání s čipy na bázi InGaAs, což snižuje jednotkovou cenu na přibližně 10 dolarů ze současného rozsahu stovek až tisíců dolarů. Tento odhad předpokládá výrobu v měřítku a s účinností výtěžnosti typickou pro standardní slévárny CMOS.