近日，浙江大学集成电路学院徐杨教授、俞滨教授、西湖大学文燎勇研究员合作团队，提出了一款广角宽光谱复眼CMOS芯片。该工作以题为“First Demonstration of 2.5D Out-of-Plane-Based Hybrid Stacked Super-Bionic Compound Eye CMOS Chip with Broadband (300-1600 nm) and Wide-Angle (170°) Photodetection”发表在IEDM。

浙江大学集成电路学院博士生谢云斐、汪晓晨，西湖大学博士生贺靖为共同第一作者。这项工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、浙江大学集成电路学院流片计划、西湖大学光电研究院的支持。

宽光谱和大视角探测技术在光通信、遥感和国防监控等领域具有关键作用，尤其是在1550 nm红外波段。目前基于非硅材料的宽光谱探测器成本高昂，而依赖曲面或球形结构的广角设计难以与CMOS技术集成，限制了规模应用。昆虫复眼具有宽视野和卓越的光感知能力，为突破这些技术瓶颈提供了仿生学启示。

图 以仿生2.5D-BIC平面代替曲面或半球使芯片拥有了宽光谱广角探测的能力

受昆虫复眼结构的启发，浙江大学与西湖大学团队联合推出同时具备宽光谱(300-1600 nm)和广角(170°)探测功能的超仿生复眼CMOS混合堆叠芯片。通过TSV(硅通孔)与堆叠键合技术，该芯片在CMOS架构中引入2.5D面外微结构与BIC(连续域束缚态)效应，结合复眼仿生设计，增强了紫外-可见-近红外波段的探测能力。芯片采用后道加工的CMOS平面代替传统大尺寸曲面结构，赋予芯片广角探测能力，兼具广角性与平面设计的集成便利性。这项工作同时突破了传统硅基CMOS芯片的光谱极限与角度瓶颈。该芯片采用结合AAO模板结构的晶圆级半导体工艺制备，集成0.18 µm CMOS电路与单原子层石墨烯，实现了高兼容性。本研究将CMOS技术、仿生设计与量子光学原理融合，为高性能光探测领域提供了一种解决方案。该成果发表于IEDM (2024, 41.4.1-41.4.4)，并被Nature Electronics期刊在Research Highlight专栏亮点报导 (2024, 7, 1067) (DOI：https://doi.org/10.1038/s41928-024-01324-8)。