短波红外线镜头
引领市场竞争力的技术
全球首创

什么是钳位光电二极管图像传感器？

在烟雾、浓雾弥漫的恶劣天气、漆黑的夜间，使用短波红外线摄像机也可以确保视野。除了精准识别事物或观测夜空中的星星之外，该技术还可适用于智能手机，完成人面识别并解锁，因此具有较高的产业价值。迄今为止，为确保短波红外线相机的高画质，使用的是一种化合物半导体，即采用Ⅲ-Ⅴ族材料——铟砷化镓(InGaAs)的半导体。其优点是相较硅材料半导体，电子迁移率高，电耗低，因此成为短波红外线的核心材料，但其缺点是Ⅲ-Ⅴ族半导体材料昂贵的生产工艺单价。
所以，短波红外线相机的价格常常在数千万韩元以上。由于其单价问题，目前该技术仅适用于国防、宇航等特殊领域。

为克服材料及工艺单价的问题，人们尝试在硅晶片上集成量子点来检测短波红外线的技术。但是，这种方法在稳定性和均匀性方面出现严重的杂音性能问题，在高画质方面具有局限性。李志远(音)教授提出了一种在硅晶片上集成氧化物半导体材料(InGaZnO)的光栅方式，并在世界上首次成功开发大幅改善图像传感器画质的"钳位光电二极管(PPD)图像传感器"。该传感器不仅有效改善了量子点短波红外线的暗部杂音问题，还降低了工艺单价，提高了画质，可以说具有划时代的意义。李教授表示："其优点是不需要高价半导体材料和工艺，还可提供高画质”，他还说："这是一种低价实现量产的技术"，并强调了其竞争力和差异性。

由于技术的市场价值高，对商用化的期待也非常大。为此，李教授已着手开展后续研究。图像传感器是一种非常敏感的微细半导体芯片，需要进行终极优化。李教授正在与比利时当地研究组进行合作，致力于新技术的应用，确保技术可信度。要实现全面商业化，市场必须做好接受这些技术的准备。根据李教授的预测，5年内该技术市场规模将达到4万亿韩元以上。

研究开发历时3年，论文发表耗时1年

在来我校任教之前，李志远（音）教授曾在三星担任责任研究员，后来转到比利时半导体研究所IMEC工作。当时，李教授正好负责了基于量子点的短波红外线镜头开发项目。李教授虽然在量子点的基础上成功开发出了高水平短波红外镜头技术，但画质问题依然有待改善。在解决问题的过程中，李教授发现通过IMEC研究所接触到的各种技术大有帮助。

“所谓技术，其实需要有开放性，要互相学习，接触其他技术。我有幸通过IMEC开放、先进的研究所接触到了高水平技术。在接触这些技术和研究的过程中，我萌生了改善短波红外线画质的想法，并开始着手研发。”

即使我们拥有创新的想法，要将其付诸实践又是另一项挑战。虽然可以在一定程度上靠自己提高研究水平，但随后的关键则是完善研究。李教授从人员配置入手，努力吸引多国研究人员自发参与。最重要的是，资金对于建立稳定的研究环境至关重要。为了获得研究支持，李教授找到机会向IMEC首席执行官吕克·范登霍夫（Luc Van den hove）汇报情况，并最终获得投资，正式启动了研发工作。这是一项必须从头到尾一步一个脚印去实现的成就。研究成果最终被发表在电子学全球顶级学术期刊《自然电子（Nature Electronics）》的8月刊上。从构思到最终实现历时3年，发表论文又耗时1年，前后总共耗费4年时间。

韩国唯一的IMEC客座教授

李教授的研究重点是根据他在企业界的丰富经验设计下一代图像传感器。

“随着镜头在智能手机功能中的作用日益重要，越来越多的镜头和图像传感器被引入。特别是图像处理技术发展进步，让我们可以从图像中获取更多信息，同时拓展到各个应用领域。因此，我们目前正在开展多种研究，以便开发出信息获取更高效的图像传感器。”

李教授拥有12项外国专利和7项国家专利，发表过12篇SCI论文，其中包括《自然电子（Nature Electronics）》上的论文。这仅仅是他加入ERICA刚刚一年多时间。尽管IMEC有开放、先进的研究机会，但他还是选择了高校研究室，这需要巨大的勇气。他年纪轻轻就崭露头角，不得不规划好自己的下一步，但他没有选择稳定悠闲的工作，而是进入了高校。高校环境不同于跨国企业研究所，必须一切从头开始。对李教授而言，过去1年充满挑战。不过，他表示，纳米光电子系有着求知若渴的学风，实验室逐渐发展壮大，这让身为教授的他感到受益匪浅。目前，他同时兼任IMEC客座教授和ERICA教授，正在合作伙伴关系的基础上开展联合研究，为学生的国际研究交流开辟道路。

“哪怕是设计一枚芯片，也不能孤立地进行。由于集成度高，要让多种要素融为一体，所以与IMEC建立研究网络这一点对我校学生和IMEC研究所都十分重要。”

每当学校放假，李教授都会和家人一起前往比利时，沉浸在自己的研究中。今年冬天，他还计划带领纳米光电子系学生一同前往比利时。尽管实验室成立还不到1年，但已有十多名研究生在这里学习。李教授觉得必须为他们提供更好的研究环境、提供更多的机会和经验，压力不言而喻，而这也说明了李教授抱负也同样远大。

“韩国在图像传感器领域长期屈居日本之后，始终没能摆脱‘万年老二’的地位。我希望开展各种研究，培养优秀人才，让韩国的图像传感器技术问鼎世界第一。”