来源：内容来自半导体行业观察（ID：icbank）
综合
，谢谢。
据Yole介绍，目前大多数短波红外 (SWIR) 成像仪都基于 InGaAs 技术，其高成本仅适用于国防、机器视觉和其他利基应用。
但进入了2020 年和 2021 年，消费者成像领导者以新技术主张进入了SWIR 行业。如意法半导体宣布开发基于量子点的短波红外成像仪。该技术应该具有可扩展性并与 CMOS 工艺兼容，使其成为消费类应用的理想选择。同期，索尼还发布了一款创新的廉价 InGaAs 成像仪，显示了它对该波长范围的兴趣。两家公司都可以在提高性能的同时加速降低成本，这要归功于它们的高生产能力和成像技术（3D 集成、12 英寸晶圆工艺……）方面的专业知识。
Yole 成像和显示技术与市场分析师 Axel Clouet 博士表示：“SWIR 成像用于国防，主要用于激光目标指定。这是价值最大的细分市场，其2021 年的市场价值约为 1.89 亿美元。在机器视觉领域，SWIR 有许多应用，包括塑料或食品分拣、太阳能电池板检测和内容检测。这一领域的增长速度超过了国防，到 2027 年可能达到 3.6 亿美元，高于 2021 年的 9400 万美元。”
他进一步指出，SWIR 也被宣传用于汽车（ADAS 应用），因为它可以在雾、雪、太阳眩光和夜间等恶劣条件下进行稳定的图像采集。到 2024 年，该细分市场的收入可能为 400 万美元，到 2027 年达到 2100 万美元。最后，SWIR 可用于智能手机显示屏下的 3D 传感，因为 OLED 显示器比目前使用的 NIR 对 SWIR 波长更透明。
据介绍，第一个商业产品可能会在 2023 年发布，到 2027 年，消费领域的模块级产品可能会产生 32 亿美元的收入。SWIR 的眼睛安全法规没有 NIR 严格。除了显示不足之外，与 NIR 相比，SWIR 将允许使用更强大的照明，并且通常会增加 3D 传感解决方案的范围和可靠性。
根据Yole的报告，2021 年，SWIR 行业的领先厂商是 SCD、Sensors Unlimited 和 Teledyne FLIR，占当年出货量 11,000 台的 50% 以上。这些领导者是领先的国防公司的子公司，这些公司在政府的支持下出于战略目的开始开发 SWIR 技术。它们构成了 SWIR 行业的传统方面。
但正如文章开头所说，消费成像行业的两家领导者意法半导体和索尼开始积极参与短波红外领域，包括量子点在内的新技术。他们的进入可能是由于消费者 OEM 对新集成设计的需求不断增长，例如智能手机中的屏下 3D 传感。如果 SWIR 成像仪达到低价位，出货量可能会在几年内飙升至数亿。短波红外行业可以效仿当前的 3D 成像行业，意法半导体和索尼在 2.25 亿出货量中的份额接近 95%（2020 年数据）。
ST量子点SWIR图像传感器，为消费类大规模应用打开大门
据麦姆斯咨询报道，在美国旧金山举办的IEEE国际电子器件会议（IEDM）上，意法半导体（STMicroelectronics）详细介绍了其量子点短波红外（SWIR）图像传感器。
意法半导体展示了一款1.62 µm像素间距的全局快门SWIR图像传感器，在1400 nm波长的量子效率达到60%，快门效率为99.98%。
这款器件在300 mm晶圆上制造，因此，能够以相对较低的成本进行大规模量产。
意法半导体成像业务先进智能技术总监、论文主要作者Jonathan Steckel在接受媒体采访时表示，该传感器的成本可能会降至1美元左右，接近硅基图像传感器的价格。
SWIR图像传感器传统上由InGaAs制成，因为这种材料相对于硅在该波长范围具有更好的响应。但是，InGaAs传感器可能要花费数百或数千美元。
采用胶体量子点（CQD）技术的传感器可以适配对短波红外光敏感，同时保持低成本。
意法半导体的这款图像传感器是蓬勃发展的CQD SWIR成像领域的最新产品。目前市场上提供商业化CQD图像传感器的厂商还有SWIR Vision Systems、Emberion和Imec等。
不过，意法半导体践行了其大规模量产的承诺，或将为消费类电子设备以及其他大批量应用打开SWIR成像的大门。
Steckel表示，这项技术的潜力在于，客户基本上能够以硅基图像传感器的成本进行SWIR成像。
意法半导体的SWIR量子薄膜光电二极管在优化的层厚下，其量子效率峰值可以超过60%。
他补充说：“与目前基于InGaAs技术的行业现状相比，SWIR成像可以成为一个体量和影响更大的行业。意法半导体的CQD图像传感器可以凭借低成本让更多人能够用上，打开许多我们现在还没有定义的广泛用例。”
意法半导体的技术基于硫化铅量子点薄膜。在其300 mm晶圆厂，利用溶液制作，通过沉积步骤整合在CMOS半导体工艺中。
短波红外CQD技术的缺点是量子效率低于InGaAs传感器。Steckel表示，与其他供应商提供的CQD传感器相比，意法半导体的CQD SWIR图像传感器在性能上没有提供巨大的飞跃，但是，意法半导体的优势是能够以消费电子客户要求的规模和可靠性提供这款传感器。
意法半导体的QF验证晶圆，展示了基本QF光电二极管测试结构（a）、像素矩阵测试芯片（b）和完整图像传感器产品（c）。
Steckel提到，在提高CQD的量子效率方面，学术界和产业界投入了很多努力。在学术界，多伦多大学的Edward Sargent教授报道了1550 nm的CQD光电探测器达到80%的量子效率。
Steckel说，在产业界，未来几年，我们的技术还能够开发出更高的量子效率，达到70%至80%以上。那时它将创造更多的附加值，在NIR波段硅器件的性能与CQD技术的差距将更大，而在SWIR波段InGaAs器件与CQD技术的差距将更小。
作为IEDM论文的一部分，意法半导体表明其器件符合当前消费电子行业的可靠性标准，不过Steckel补充说，意法半导体正在努力提高其温度稳定性，以满足更高要求的应用。
意法半导体计划在明年开始为其客户提供评估套件。
SWIR（short-wavelength infrared：短波红外）图像传感器在各行各业的质量检测中至关重要。SWIR 光谱是可见光波段以外的一系列红外光谱，可用于产品检测以检测人眼不可见的微小缺陷或污染物。索尼最近开发的 SWIR 图像传感器通过部署业界最小的 5 µm像素，实现了更小尺寸和更多像素。该图像传感器无与伦比，因为其动态范围还涵盖了可见光光谱。这种独一无二的图像传感器背后是一个在开发过程中前所未有的挑战故事。如何克服这些挑战的故事揭示了只有索尼半导体解决方案集团（以下简称“集团”）拥有的专业知识。
索尼首先指出，SWIR（短波红外线）是一种特殊范围的红外线。可以使用热成像相机来检测某些范围的红外光，以测量例如人体的温度。其他人有不同的属性。SWIR 是介于 0.9 和 2.5 µm 之间的波长范围。
它在反射和吸收方面有别于可见光的特性，而 SWIR 图像传感器利用这些特性将人眼无法感知的事物可视化。同时，一些材料允许短波红外光穿透，这使得检查这些材料背后的东西成为可能。
这种光的散射也比可见光少，而且这种特性对于在有雾或有雾的环境中可视化物体很有用。
得益于其原创技术，索尼开发的 SWIR 图像传感器不仅可以在高达 1.7 µm 的范围内进行可视化，还可以捕获可见光谱中的图像。
从应用上看，索尼指出，SWIR 光具有穿透硅和可视化雾的特性。利用这些特性，图像传感器可应用于各种行业，包括半导体和食品生产，主要用于检测目的。以半导体行业为例，半导体晶圆通常由吸收可见光的硅制成。在可见光条件下使用传统数码相机，它看起来就像一块普通的金属板。同时，短波红外穿透硅。因此，当在配备 SWIR 图像传感器的相机捕获的图像中进行可视化时，芯片看起来像一块透明的玻璃板，并且可以检测到晶片内的裂缝或半导体中的污染物。
除此之外，水在自然可见光下是透明的，但它会吸收短波红外波段内的特定波长，因此在捕获的图像中会呈现彩色。该特性可用于检测水分，因此该传感器可用于食品检测，例如检测在可见光下难以检测的水果上的瘀伤和划痕。
在问到这类传感器的设计难度时，索尼回应道：SWIR 图像传感器已经应用于许多行业，但它们存在重大的技术问题。其中之一是像素大小。传统传感器中的像素很大，并且尺寸使得在一个传感器中放置多个像素变得困难。它对提高决议提出了挑战。在图像质量方面，也很难获得清晰的图像，因此相机制造商不得不安排繁重的后期处理。此外，由于传感器是模拟类型，相机必须将信号转换为数字数据，这给相机的处理电路带来了很大的压力，并且需要设计知识来实现它。他们进一步指出，传统的 SWIR 图像传感器使用凸块连接，其中包括金属球将像素内的磷化铟层与硅层连接起来。为了使用凸点连接减小像素尺寸，需要将金属球精确对准微米级的凸点间距，这本身就很难实现。这一技术难点阻碍了像素的小型化，导致图像传感器价格上涨。
正因为考虑到使用凸块连接阻碍了 SWIR 图像传感器的小型化。索尼使用 Cu-Cu 连接来解决这个问题，这是索尼多年来为图像传感器开发的堆叠技术。按照索尼的说法，在堆叠背照式 CMOS 图像传感器部分（顶部芯片）和逻辑电路（底部芯片）时，通过连接的 Cu（铜）焊盘提供电连续性的技术。与通过贯穿像素区域周围的电极实现连接的硅通孔 (TSV) 布线相比，这种方法提供了更多的设计自由度、提高了生产率、允许更紧凑的尺寸并提高了性能。这项技术将使以微间距对齐像素成为可能。
同时，传统的图像传感器使用硅作为光电转换层，但这种材料不吸收 SWIR 范围的光。因此，索尼使用砷化铟镓 (InGaAs) 作为能够吸收 SWIR 光谱并将光能转换为电信号的光电二极管材料。这种材料以前从未用于索尼的图像传感器中，但是，索尼的另一个部门拥有生产 InGaAs 的化合物半导体技术。
此外，集团拥有将光能转换为数字信号的电路技术。事实上，索尼已经掌握了应对挑战的必要技术，包括 SWIR 图像传感器所需的化合物半导体技术。索尼认为，通过结合这些技术，有可能以前所未有的微型规模实现 SWIR 图像传感器，并增加像素数。
索尼表示，公司已经相信该集团的技术专长能够取得成功，因此他们专注于部署集团的技术，使最终的图像传感器对客户有用。索尼做的第一件事是采用列并行 A/D 转换电路，这是一种为 CMOS 图像传感器技术开发的技术，将 SWIR 图像传感器输出数字化。这消除了相机制造商为后处理提供 A/D 转换组件的需要。它还有助于解决索尼竞争对手产品必须解决的图像质量问题。因此，索尼相信它有助于显着减少相机制造商的图像编辑步骤。
索尼继续指出，SWIR 图像传感器具有由 InGaAs 制成的光电二极管。制造 InGaAs 必不可少的磷化铟 (InP) 形成阻挡可见光的层。然而，索尼考虑采用的 Cu-Cu 连接在结构上允许减少 InP 层的厚度。这促使我们致力于开发一种独特的 SWIR 图像传感器，该传感器也能够在可见光下捕获图像。
索尼进一步说到，这是集团有史以来第一个使用 InGaAs 开发的 SWIR 图像传感器，因此公司彻底审查了要解决的挑战，在开发的早期阶段就有 300 多个。随着进一步深入开发，索尼发现了更多需要处理的问题。原来有这么多的挑战等待着。还有一些 InGaAs 独有的现象，这是硅所不知道的，我们不得不讨论如何在最终产品中处理这些现象。
索尼最后说到，通过像素小型化增加的像素数带来了巨大的好处。图像传感器能够识别以前无法检测到的极小损坏，从而提高检测质量。数字化将使相机设计更容易，这反过来又有助于节约成本等，并使图像传感器对客户来说更实惠。由于索尼相信能为世界带来更好的质量检测，索尼认为这款 SWIR 图像传感器将在其中发挥重要作用。
“我们的 SWIR 图像传感器具有集团广受赞誉的特性，例如易用性、高性能等等。相信会在市场上引起轰动。我认为这些特性也将有助于为新应用铺平道路。”索尼最后说。
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