O custo foi reduzido para um por cento! Este chip nacional alcançou uma importante inovação

Pergunta ao AI · Como a equipe de Hu Huiyong superou o desafio do desalinhamento de rede de silício-germânio?

Em 30 de março, o repórter soube pela Universidade de Ciência e Tecnologia de Xi’an que a equipe do professor Hu Huiyong conseguiu desenvolver um chip de diodo avalanche de fóton único (SPAD) baseado na tecnologia de silício-germânio, reduzindo drasticamente o custo de fabricação da tecnologia de detecção de infravermelho de onda curta. Essa inovação permite que chips de alta gama, que normalmente custam milhares de dólares cada, possam entrar nos setores de smartphones, radares a laser veiculares e outros, por uma fração do custo.

A tecnologia de infravermelho de onda curta possui a capacidade de penetrar a névoa e de formar imagens nítidas na escuridão, além de identificar as características materiais de diferentes substâncias. Ela tem um amplo potencial em câmeras de baixa luz para smartphones, radares a laser veiculares, inspeção industrial sem danos, entre outros. Contudo, por muito tempo, as soluções predominantes utilizavam materiais de arsenieto de índio e gálio, que, embora apresentem desempenho excelente, são limitadas pelo caro substrato de fosfeto de índio, dificultando a compatibilidade com o processo CMOS (semicondutor de óxido de metal complementares) baseado em silício, fazendo com que o custo de cada chip varie de algumas centenas a milhares de dólares.

A equipe de Hu Huiyong optou por uma rota tecnológica altamente compatível com a cadeia de indústrias de semicondutores existente — o silício-germânio. Eles utilizam uma plataforma de epitaxia de silício-germânio para o crescimento do material, e, com o auxílio de uma plataforma padrão de CMOS de silício, fabricam os detectores, ampliando o alcance de detecção para o espectro de infravermelho de onda curta. “Isso significa que estamos usando o custo de fabricação de chips de telefone móvel para produzir detectores de infravermelho de onda curta, que antes só podiam ser realizados a um preço ‘astronômico’,” disse Wang Liming.

Linha de fabricação dedicada ao silício-germânio. Imagem fornecida pelo entrevistado

No entanto, há uma diferença de 4,2% no empilhamento de rede entre os átomos de silício e germânio, o que causa desalinhamento na rede cristalina. Essa desordem leva a defeitos no material e a fuga de corrente nos detectores, dificultando a saída da tecnologia do laboratório por mais de 20 anos. Para superar esse obstáculo, a equipe atuou em múltiplos aspectos simultaneamente: projetou uma camada de amortecimento em múltiplas camadas com crescimento a baixa temperatura para reduzir progressivamente o desalinhamento atômico; adotou técnicas de recozimento in situ e passivação para suprimir a fuga de corrente; e, por meio de uma inovação no design da estrutura do SPAD, otimizou a distribuição do campo elétrico, tornando o sinal mais claro e o ruído mais baixo.

Atualmente, a equipe estabeleceu uma cadeia de pesquisa e desenvolvimento autônoma que cobre “design de dispositivos — epitaxia de materiais — fluxo de fabricação — correspondência de circuitos — validação do sistema”. A linha de fabricação dedicada ao silício-germânio, atualmente em andamento, deve estar concluída até o final de 2026, proporcionando suporte para rápida validação de produtos futuros e capacidade de produção controlada.

Fonte: Diário de Tecnologia