二维材料复合量子点架构：新一代低成本短波红外图像传感器研究进展

作者：欧光科技发表时间：2026-04-29 14:09:27

短波红外（SWIR）成像技术凭借特殊光谱识别能力，在工业精密检测、自动驾驶视觉感知、医疗影像诊断、安防监控及智能机器人等领域具备不可替代的应用价值。随着下游智能化产业持续升级，市场对短波红外成像设备的轻量化、规模化与低成本化需求日益迫切。

现阶段商用短波红外图像传感器以铟镓砷（InGaAs）技术为核心主流方案，依托成熟的材料体系与制造工艺，可实现优异的红外探测性能。但受限于稀有材料成本、复杂外延工艺与高门槛封装技术，传统InGaAs传感器造价居高不下，难以大规模普及至民用消费级与通用工业场景。在此背景下，全球科研机构持续探索新型光电材料与器件架构，以突破传统短波红外探测技术的成本桎梏，低维复合材料成为重点研究方向。近期，韩国大邱庆北科学技术院（DGIST）研发的碲化银/二硫化钼（Ag₂Te/MoS₂）混合架构短波红外图像传感器，为低成本短波红外探测技术落地提供了全新技术路径。

一、传统短波红外核心技术局限

InGaAs探测器凭借稳定的光电响应、高探测灵敏度与成熟产业化配套，长期主导高端短波红外市场，但其固有短板显著制约行业扩容：

1.生产成本高昂：核心原材料稀缺，外延生长、晶圆制备工艺复杂，生产良率管控难度大，设备与制造成本居高不下；

2.工艺兼容性较弱：难以与主流CMOS集成电路工艺深度兼容，无法实现芯片集成化、小型化设计；

3.规模化应用受限：高成本特性导致设备售价昂贵，仅能适配军工、高端工业检测等小众领域，无法满足民用市场批量落地需求。

因此，研发兼顾探测性能、简易制备工艺与低成本量产潜力的新型短波红外传感器，已成为光电传感领域的核心发展课题。

二、Ag₂Te/MoS₂复合传感器技术原理

本次研发的新型传感器采用量子点+二维层状材料的复合协同架构，依托两种材料的光电特性互补，实现短波红外信号的高效捕捉与转化。

1.光电吸收层：采用Ag₂Te碲化银量子点材料，具备宽光谱吸收特性，有效覆盖短波红外波段，可精准捕获1450nm波段范围内的红外光信号，适配主流短波红外探测场景；

2.信号放大传输层：选用MoS₂二硫化钼二维半导体材料，具备优异的载流子迁移率与电学调控能力，可将量子点吸收红外光产生的光生电荷快速转化、放大，完成光电信号高效输出；

3.器件制备工艺：采用溶液法薄膜制备技术，工艺流程简化、能耗更低，天然兼容大面积薄膜制备与传统CMOS制程，为后续集成化芯片设计奠定工艺基础。

两种材料优势互补，既解决了单一二维材料红外吸收能力不足的问题，又弥补了量子点材料电荷传输效率低的缺陷，实现了材料性能与器件结构的优化结合。

三、核心性能与技术创新优势

本次研究已完成32×32像素阵列成像原型器件验证，关键光电性能指标达到阶段性商用参考标准，核心优势突出：

1.探测性能稳定：器件光响应率可达$7.5\times10^5\\text{A/W}$，比探测率达$9.9\times10^8\\text{Jones}$，具备良好的弱光红外探测能力，满足基础成像识别需求；

2.量产潜力突出：区别于传统真空外延工艺，溶液法制备门槛低、耗材成本低，可实现大面积、柔性化器件制备，大幅降低规模化生产投入；

3.集成适配性强：二维MoS₂材料与现有半导体制造工艺兼容性良好，可实现传感单元与驱动电路单片集成，助力设备小型化、轻量化升级；

4.材料体系新颖：低维复合材料体系拓展了红外探测器的研发边界，摆脱对稀有半导体材料的依赖，构建低成本、可持续的新材料技术路线。

四、技术现存瓶颈与产业化难点

目前该技术仍处于实验室研发阶段，距离商业化落地与大规模应用仍存在多项亟待突破的技术瓶颈：

1.成像分辨率不足：当前仅实现32×32低像素阵列，像素规模、成像清晰度远达不到工业检测与商用成像的实际使用标准；

2.材料稳定性短板：量子点材料易受温湿度、氧化环境影响，长期工作下易出现性能衰减，器件使用寿命与环境耐受性有待优化；

3.界面工艺缺陷：Ag₂Te量子点与MoS₂二维材料的异质结界面管控难度大，界面缺陷易造成电荷损耗，影响整体探测效率；

4.工艺标准化缺失：溶液法制备过程中，材料均匀性、薄膜厚度一致性难以精准管控，暂未形成标准化量产工艺体系。

五、应用场景与行业价值

随着技术持续迭代优化，Ag₂Te/MoS₂复合短波红外传感器未来可广泛覆盖多领域场景，补齐行业应用短板：

1.工业视觉检测：用于物料成分分选、薄膜缺陷检测、精密零件裂纹识别等，降低工业红外检测设备采购成本；

2.智能交通领域：赋能自动驾驶夜间透视、雾霾天气路况识别，提升车载视觉系统的环境适应能力；

3.医疗与民生领域：应用于无创健康检测、皮肤组织成像等轻量化医疗设备，推动红外医疗设备普及；

4.通用安防与机器人：为家用安防、服务机器人、户外监测设备提供高性价比短波红外成像方案。

从行业发展维度来看，该技术不会完全替代成熟的InGaAs探测器，而是形成高端高性能InGaAs+中低端低成本复合材料的差异化竞争格局，完善短波红外成像技术体系，加速全行业智能化升级。

六、行业发展展望

全球短波红外传感产业正从单一性能竞争，逐步转向性能、成本、工艺、集成度的综合化竞争。二维材料、量子点、钙钛矿等新型光电材料，将成为下一代低成本光电器件的核心研发方向。

Ag₂Te/MoS₂复合架构的研究落地，验证了低维复合材料在红外探测领域的可行性。未来随着像素阵列扩容、材料封装优化、界面工艺改良等关键技术突破，此类新型传感器有望逐步从实验室走向中试量产。长期来看，低成本短波红外探测技术的成熟，将进一步打开民用市场空间，推动红外成像技术从专业领域走向全民普及。

短波红外成像技术是光电感知产业的重要核心赛道，低成本化是行业长期发展的核心趋势。Ag₂Te量子点与MoS₂二维材料结合的新型探测方案，以创新的材料架构与低成本工艺优势，为破解传统InGaAs技术成本痛点提供了全新思路。

尽管现阶段仍存在诸多技术局限，但凭借独特的材料优势与工艺潜力，该技术具备良好的迭代空间与应用前景。持续深耕低维复合材料光电特性研究、优化器件设计与制备工艺，将助力新一代低成本短波红外传感器实现商业化落地，为智能视觉、工业智造、民生安防等产业注入全新发展动力。