黄双子 科技日报记者 吴纯新
将做好电路的芯片浸入常温水溶液，红外感光材料便在芯片表面直接“长”了出来。10月28日，华中科技大学光学与电子信息学院、武汉光电国家研究中心唐江教授团队在《自然》杂志在线发表一项研究成果，用室温水溶液工艺让硫化铅感光层直接生长在读出电路上，制成640×512像素的短波红外成像芯片。
唐江介绍，红外成像芯片由感光阵列和读出电路两部分组成。主流的高性能短波红外芯片需要先把两部分分别做好，再逐个像素精密对准、键合。这一步就像在显微镜下“穿针引线”，工艺复杂，成本也高。
受贝壳在常温海水中长出有序晶层的启发，其团队改造了一项已有百余年历史的化学水浴沉积技术，让硫化铅在电路表面直接结晶成膜，省去读出电路和感光层先分别制备、再对准连接的环节。难点在于，芯片上有数十万甚至数百万个像素，溶液稍有扰动，材料就可能长得参差不齐。
为此，研究人员精细调控溶液化学反应，并把温度波动控制在正负0.005摄氏度以内、同时抑制环境振动，得到了质量准单晶、掺杂浓度接近本征、整片均匀的硫化铅薄膜。
测试显示，该团队研制的光电二极管在室温下对2.5微米红外光的比探测率（衡量捕捉微弱光信号能力的指标）达到同类器件最高水平，高于同波长的商用铟镓砷探测器；成像芯片各像素响应的均匀性与商用铟镓砷芯片相当，在不制冷、不补光的条件下，清晰拍下了热水、电烙铁等80摄氏度至600摄氏度高温物体的红外图像。这项工艺还可用于柔性电路，制成可弯曲的成像阵列。
据了解，这项研究把材料合成与器件集成合二为一，开创常温水相芯片工艺，为红外成像芯片以及半导体制造提供了一条绿色低成本、可规模化的变革性新路线。相关工艺还需放大验证批量制造的良率和稳定性，未来有望服务于半导体检测、机器视觉和消费电子等领域。
（受访单位供图）
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