Biaya turun menjadi satu persen! Chip domestik ini mencapai terobosan penting

Tanya AI · Bagaimana tim Hu Huiyong mengatasi masalah ketidakcocokan kisi kristal silikon-germanium?

30 Maret, wartawan dari Universitas Teknologi Elektronik Xi’an mengetahui bahwa tim profesor Hu Huiyong dari universitas tersebut berhasil mengembangkan chip dioda avalanche fotonik tunggal (SPAD) berbasis proses silikon-germanium, yang secara signifikan menurunkan biaya pembuatan teknologi deteksi inframerah gelombang pendek. Terobosan ini memungkinkan chip berkinerja tinggi yang sebelumnya bernilai ribuan dolar per unit, berpotensi masuk ke bidang ponsel pintar, lidar kendaraan, dan lainnya dengan biaya hanya satu persen dari sebelumnya.

Teknologi inframerah gelombang pendek memiliki kemampuan menembus kabut dan menghasilkan gambar yang jelas di malam hari, serta dapat mengenali karakteristik bahan yang berbeda. Teknologi ini memiliki prospek luas dalam pengambilan gambar dalam kondisi cahaya redup di ponsel pintar, lidar kendaraan, dan inspeksi industri tanpa kerusakan. Namun, selama ini, solusi utama banyak menggunakan bahan arsenida indium-gallium, yang meskipun berkinerja baik, terbatas oleh substrat fosfit indium yang mahal, sehingga sulit kompatibel dengan proses CMOS silikon (semikonduktor oksida logam komplementer), dan biaya chip tunggal bisa mencapai ratusan hingga ribuan dolar.

Tim Hu Huiyong memilih jalur teknologi yang sangat sesuai dengan rantai industri semikonduktor yang ada — silikon-germanium. Mereka memanfaatkan platform pertumbuhan epitaxial silikon-germanium untuk menghasilkan bahan, kemudian menggunakan platform proses CMOS silikon standar untuk memproduksi perangkat deteksi, memperluas jangkauan deteksi ke pita inframerah gelombang pendek. “Ini berarti, kita menggunakan biaya pembuatan chip ponsel untuk membuat detektor inframerah gelombang pendek yang dulu hanya bisa dicapai dengan ‘harga mahal’,” kata Wang Liming.

Garis produksi khusus silikon-germanium. Gambar disediakan oleh narasumber

Namun, ada perbedaan 4,2% dalam pola susunan atom antara silikon dan germanium, yang menyebabkan ketidakcocokan kisi kristal. Ketidakcocokan ini dapat menyebabkan cacat bahan dan kebocoran listrik pada detektor, sehingga teknologi ini selama lebih dari 20 tahun sulit keluar dari laboratorium. Untuk mengatasi masalah ini, tim melakukan berbagai langkah secara bersamaan: merancang lapisan penyangga bertingkat yang bergradasi dengan teknologi pertumbuhan suhu rendah untuk secara bertahap mengurangi ketidakcocokan atom; menggunakan annealing in situ dan teknologi passivasi untuk menekan kebocoran listrik; serta mengoptimalkan distribusi medan listrik melalui desain struktur SPAD inovatif agar sinyal lebih jernih dan noise lebih rendah.

Saat ini, tim telah membangun kemampuan R&D mandiri yang mencakup seluruh rantai mulai dari “desain perangkat — epitaxy bahan — proses pembuatan chip — pencocokan rangkaian — verifikasi sistem”. Garis produksi khusus silikon-germanium yang sedang dikembangkan diperkirakan akan selesai pada akhir 2026, dan akan menyediakan dukungan verifikasi cepat serta kapasitas produksi yang dapat dikendalikan untuk iterasi produk selanjutnya.

Sumber: Daily Science and Technology