¡El costo se reduce al uno por ciento! Este chip nacional logra un avance importante

Preguntas a AI · ¿Cómo logró el equipo de Hu Huiyong superar el problema del desajuste de la red cristalina de silicio-germanio?

El 30 de marzo, un periodista supo que el equipo del profesor Hu Huiyong de la Universidad de Electrónica de Xi’an logró desarrollar con éxito un chip de diodo avalancha de fotón único (SPAD) basado en tecnología de silicio-germanio, reduciendo significativamente los costos de fabricación de la tecnología de detección en infrarrojo de onda corta. Este avance permite que chips de alta gama, que anteriormente costaban miles de dólares cada uno, puedan entrar en campos como teléfonos inteligentes y lidar automotriz a un costo de solo una centésima de ese precio.

La tecnología de infrarrojo de onda corta tiene la capacidad de penetrar la niebla y ofrecer imágenes claras en la oscuridad, además de identificar las características de diferentes materiales. Tiene un amplio potencial en fotografía con poca luz en teléfonos inteligentes, lidar automotriz, inspección industrial sin daño, entre otros. Sin embargo, durante mucho tiempo, las soluciones principales usaban materiales de arseniuro de indio y galio, que aunque ofrecen un rendimiento excelente, están limitadas por sustratos de fosfuro de indio caros, dificultando su compatibilidad con procesos CMOS (semiconductores complementarios de óxido de metal basados en silicio), y el costo de cada chip puede variar desde varios cientos hasta miles de dólares.

El equipo de Hu Huiyong eligió una ruta tecnológica que se ajusta estrechamente a la cadena industrial de semiconductores existente: el silicio-germanio. Utilizaron una plataforma de crecimiento por epitaxia de silicio-germanio para producir el material, y luego, con una plataforma estándar de proceso CMOS basada en silicio, fabricaron los detectores, ampliando el rango de detección al infrarrojo de onda corta. “Esto significa que estamos usando el costo de fabricar chips para teléfonos móviles para hacer detectores de infrarrojo de onda corta, que antes solo podían lograrse con ‘costos astronómicos’”, dijo Wang Liming.

Línea de fabricación dedicada a silicio-germanio. Foto proporcionada por el entrevistado

Sin embargo, existe una diferencia del 4.2% en la periodicidad del arreglo atómico entre el silicio y el germanio, lo que provoca desajustes en la red cristalina. Este desajuste puede causar defectos en el material y fuga de corriente en los detectores, dificultando que esta tecnología salga del laboratorio en más de 20 años. Para superar este problema, el equipo trabajó en varias áreas simultáneamente: diseñaron capas de amortiguamiento en gradiente múltiple combinadas con técnicas de crecimiento a baja temperatura para reducir progresivamente el desajuste atómico; usaron técnicas de recocido in situ y pasivación para suprimir la fuga de corriente; y, mediante un diseño innovador de la estructura SPAD, optimizaron la distribución del campo eléctrico para que las señales sean más claras y el ruido más bajo.

Actualmente, el equipo ha establecido una capacidad de investigación y desarrollo autónoma que cubre toda la cadena: desde el diseño del dispositivo, la epitaxia del material, la fabricación en línea, la compatibilidad de circuitos, hasta la verificación del sistema. La línea de fabricación dedicada a silicio-germanio, en proceso de construcción, se espera que esté terminada a finales de 2026, proporcionando una validación rápida y soporte de capacidad controlada para futuras iteraciones de productos.

Fuente: Diario de Ciencia y Tecnología