中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微電子學(xué)院孫海定教授領(lǐng)銜的iGaN實(shí)驗(yàn)室與武漢大學(xué)劉勝院士團(tuán)隊(duì)攜手，在光譜儀芯片領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。雙方聯(lián)合研發(fā)的微型化紫外光譜儀芯片不僅實(shí)現(xiàn)了片上光譜成像功能，更在核心性能指標(biāo)上達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，相關(guān)成果已于近日在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》在線發(fā)表。

該芯片采用新型氮化鎵基（GaN）級(jí)聯(lián)光電二極管架構(gòu)，通過與深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的深度融合，成功突破傳統(tǒng)光譜儀在精度與分辨率上的技術(shù)瓶頸。研究團(tuán)隊(duì)介紹，其光譜響應(yīng)速度達(dá)到納秒級(jí)，創(chuàng)下當(dāng)前微型光譜儀領(lǐng)域的世界紀(jì)錄，在紫外波段實(shí)現(xiàn)了從探測(cè)到成像的全鏈條技術(shù)突破。

技術(shù)團(tuán)隊(duì)特別強(qiáng)調(diào)，該芯片制備工藝與現(xiàn)有半導(dǎo)體制造體系完全兼容。這意味著通過標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝，芯片特征尺寸可進(jìn)一步壓縮至亞微米甚至納米級(jí)，在提升成像分辨率的同時(shí)，有望將設(shè)備成本降至傳統(tǒng)方案的百分之一。這種技術(shù)特性使其在生物分子檢測(cè)、有機(jī)物分析等需要高通量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)。

論文第一作者指出，新型光譜儀芯片的突破性在于實(shí)現(xiàn)了"芯片級(jí)"解決方案。不同于傳統(tǒng)光譜儀需要復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該技術(shù)通過半導(dǎo)體工藝直接在晶圓上集成光譜分析功能，就像數(shù)碼相機(jī)通過CCD/CMOS芯片取代膠片一樣，將推動(dòng)光譜成像技術(shù)向便攜化、集成化方向發(fā)展。

據(jù)研究團(tuán)隊(duì)透露，實(shí)驗(yàn)室已開展多場(chǎng)景應(yīng)用測(cè)試。在醫(yī)療診斷領(lǐng)域，該芯片可實(shí)現(xiàn)對(duì)生物標(biāo)志物的快速識(shí)別；在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，能夠完成對(duì)水體、空氣中有害物質(zhì)的實(shí)時(shí)檢測(cè)。更值得關(guān)注的是，其片上集成特性為可穿戴設(shè)備、無(wú)人機(jī)載光譜儀等新興應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

該成果發(fā)表后，立即引發(fā)國(guó)際學(xué)術(shù)界關(guān)注。多位權(quán)威專家評(píng)價(jià)，這項(xiàng)研究不僅填補(bǔ)了紫外波段微型光譜儀的技術(shù)空白，更通過半導(dǎo)體工藝創(chuàng)新開辟了低成本、高性能光譜成像的新路徑。隨著制備技術(shù)的成熟，未來(lái)有望在消費(fèi)電子、工業(yè)檢測(cè)等領(lǐng)域引發(fā)新一輪技術(shù)變革。