コストが1%に削減！この国産チップが重要な突破を達成

問AI · 胡輝勇チームはどのようにシリコンゲル格子ミスマッチの難題を克服したのか？

3月30日、西安電子科技大学からの報告によると、同校の胡輝勇教授チームは、シリコンゲル工芸を基にした単一光子アバランシェダイオード（SPAD）チップを成功裏に開発し、短波長赤外線探知技術の製造コストを大幅に削減した。このブレークスルーにより、従来は数千ドルもする高級チップが、1%のコストでスマートフォンや車載レーザーレーダーなどの分野に導入される見込みとなった。

短波長赤外線技術は、霧や煙を透過し、夜間でも鮮明な映像を得る能力を持ち、また異なる物質の材質特性を識別できる。スマートフォンの暗所撮影、車載レーザーレーダー、工業用非破壊検査など、多くの分野で有望視されている。しかし長年、主流の方案はインジウムガリウム砒素材料を採用しており、性能は優れているものの、高価なリンインジウム基板に制約され、シリコンベースのCMOS（相補型金属酸化膜半導体）工芸との互換性が乏しく、単一チップのコストは数百ドルから数千ドルに達していた。

胡輝勇チームは、既存の半導体産業チェーンと高度に適合する技術路線として、シリコンゲルを選択した。彼らはシリコンゲル外延工芸プラットフォームを用いて材料の成長を行い、標準的なシリコン基板のCMOS工芸プラットフォームを活用して検出器を製造し、検出範囲を短波長赤外線波段に拡大した。「これは、スマートフォンのチップを作るコストで、かつては“天井知らず”の価格でしか実現できなかった短波長赤外線検出器を作っていることを意味します」と王利明は述べている。

シリコンゲル専用の流片ライン。インタビュー者提供の写真

しかし、シリコンとゲルの原子配列周期には4.2%の格子ミスマッチが存在し、このずれは材料の欠陥や検出器のリーク電流を引き起こし、20年以上にわたりこの技術は実験室の域を出られなかった。この課題を克服するため、チームは複数の段階で同時に取り組んだ：多層のグラデーション緩衝層を設計し、低温成長技術と組み合わせて原子レベルのミスマッチを段階的に減少させる；原位アニーリングとパッシベーション技術を採用しリーク電流を抑制する；革新的なSPAD構造設計により電場分布を最適化し、信号をより鮮明に、ノイズを低減させる。

現在、チームは「デバイス設計—材料外延—工芸流片—回路マッチング—システム検証」までをカバーする自主研究開発の全チェーンを構築している。進行中のシリコンゲル専用流片ラインは2026年末までに完成予定で、その後の製品改良の迅速な検証とコントロール可能な生産能力の支援を目指している。

出典：科技日报