发布时间：2026-03-16
短波红外（SWIR）光通常是指1000～3000 nm光谱范围内的电磁波，其光子能量低于可见光，拥有多项独特的物理与应用特性。在短波红外探测领域，铟镓砷（InGaAs）探测器是当前的主流技术方案，但其大规模普及仍面临诸多挑战，例如材料与制备成本居高不下、光谱响应范围受限、制备工艺复杂且量产难度高。此外，硅锗（SiGe）探测器因与硅基CMOS工艺天然兼容，在成本控制上具备显著优势，然而其性能受材料的固有物理特性制约，存在晶格失配引发高暗电流问题、带隙特性限制光谱响应范围两大核心局限。近年来，量子点（QDs）作为一类新型低维半导体纳米材料，凭借其独特的量子限制效应，在提升短波红外探测性能与降低成本两方面实现重要突破，为短波红外探测技术的产业化提供了全新路径。
据麦姆斯咨询报道，近日，中国科学院南京天文光学技术研究所和南昌大学的研究团队系统综述量子点短波红外探测器的工作原理、材料体系、器件结构、研究进展以及应用场景，深入分析当前技术发展面临的瓶颈与挑战，并展望未来发展方向。这对推动该领域的学术研究、加速技术产业化进程、拓展应用边界具有重要的学术价值与实践意义。相关综述文章以“量子点短波红外成像技术的发展与应用”为题发表在《红外》期刊上。
量子限制效应是实现量子点短波红外波段响应的核心物理机制。量子点短波红外探测器的核心功能是将入射的短波红外光信号高效转换为可检测的电信号。其工作过程本质上是光生载流子的产生、分离、输运与收集的动态过程。典型器件采用“衬底-底电极-功能层-量子点活性层-顶电极”的垂直堆叠结构。器件工作过程可分为以下四个关键阶段：光子吸收与激子产生、激子分离、载流子输运、载流子收集。近五年来，国内外研究团队围绕量子点材料优化、器件结构设计及性能提升等核心方向，开展了大量创新性研究，斩获了一系列突破性成果。
短波红外光与物质相互作用时，能引发分子振动能级跃迁，从而对包含OH、CH、NH等化学键的物质具有特征吸收谱线，使其具备“成分分析”的能力。同时，短波红外光子能穿透硅、某些塑料和烟雾，为观察产品内部结构提供了可能。工业检测是保障产品质量、提升生产效率和实现智能制造的关键环节。量子点短波红外相机在工业检测领域的应用主要包括材料缺陷检测、半导体制造监测、高温过程监控、液体分拣等。
量子点短波红外相机利用物质在短波红外波段的特征光谱响应，实现快速、非接触、无损检测，为食品品质分级、成分分析、安全监测以及农业生产精准管控提供了全新技术路径。
短波红外波段属于生物组织的低损耗光学窗口。生物组织对该波段光子的散射与吸收显著降低，让光子可穿透数毫米至数厘米的深层组织，从而实现高对比度的活体成像。量子点短波红外成像技术的持续成熟，不仅突破了传统短波红外成像设备的性能与成本瓶颈，更促成了高分辨率、低成本短波红外相机的实用化。这一技术突破恰好契合生物医学对深层、精准成像的核心需求，正推动短波红外成像技术从专业实验室场景向癌症研究、组织功能评估、临床诊断等生物医学领域广泛渗透。
量子点短波红外相机在消费电子领域的应用主要包括移动设备与生物识别、汽车电子与自动驾驶、安防与消费级夜视，以及健康监测、智能家电、户外装备等多个民生领域。
综上所述，量子点短波红外探测器凭借其光谱可调、成本低廉、可溶液加工以及与CMOS工艺兼容等核心优势，为短波红外成像技术的大规模普及开辟了全新路径。该综述表明，短波红外成像技术已在材料、器件性能以及应用拓展方面取得显著进展，性能指标正逐步逼近甚至在某些应用场景下超越传统InGaAs探测器。然而，要实现其全面产业化并满足高端应用需求，仍面临一系列亟待突破的技术瓶颈。
展望未来，依托材料创新、器件物理深化与工艺工程精进的跨学科协同，量子点短波红外探测器的性能有望得到进一步突破。随着性能提升，其与人工智能、柔性电子、片上光谱等前沿技术的融合将更趋深入与高效：借助AI算法可优化成像数据解析精度，结合柔性电子可拓展可穿戴、异形场景应用，搭配片上光谱技术可强化物质成分识别能力，进而持续拓展短波红外成像的应用边界，最终推动该技术完成从实验室创新到产业变革的关键跨越。
转载自：CIOE中国光博会
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