短波红外（Short-Wave Infrared，SWIR）成像被广泛认为是继可见光视觉之后最具潜力的光学感知技术之一。凭借对材料特征信息的敏锐响应能力，SWIR能够实现无损检测、物质识别以及复杂环境成像，在半导体检测、机器视觉、激光通信、农业分选、安防监测等领域发挥着重要作用。

然而，尽管短波红外拥有远超传统可见光成像的感知能力，其应用长期局限于科研仪器、高端工业检测和国防等高预算场景，始终未能实现类似CMOS图像传感器的大规模普及。

近年来，以胶体量子点（Colloidal Quantum Dot，CQD）为代表的新型红外材料体系正在快速发展。通过将量子点光敏材料与成熟CMOS工艺相结合，CQD-SWIR为构建高分辨率、成本可控、可规模化制造的短波红外传感器提供了新的技术路径。

01 短波红外并非热成像而更像“自带buff的机器视觉”

提到红外成像，许多人首先想到的是热成像仪。

事实上，短波红外与中波红外（MWIR）、长波红外（LWIR）在成像机理上存在本质差异。

中波和长波红外主要探测物体自身发出的热辐射，因此能够反映目标温度分布；而短波红外则主要接收外部光源照射后产生的反射光，并利用不同材料在特定波段的吸收和反射特性实现成像。

换句话说，SWIR关注的并非“温度”，而是“物质本身”：

▼ 半导体与硅材料无损检测

硅是现代半导体产业最重要的基础材料，其禁带宽度约为1.12 eV，对应波长约1100 nm。

当光波长超过1100 nm时，硅材料会逐渐表现出较高的透过率。因此，对于短波红外而言，原本不透明的硅片能够呈现出近似透明的特性。

这一物理特性使SWIR成为半导体检测领域的重要工具，可广泛应用于：

• 硅片隐裂检测
• 晶圆缺陷分析
• 封装结构检测
• 键合质量评估
• 芯片失效分析

相比传统检测手段，SWIR能够实现非接触、无损伤的内部结构观测，大幅提升检测效率和可靠性。

▼ 水分检测与农产品品质评估

水分子在1450 nm和1940 nm附近具有明显的特征吸收峰。

当短波红外光照射含水物质时，大量光子会被水分吸收，从而在图像中形成显著的亮度差异。

基于这一特性，SWIR可广泛应用于：

• 水果成熟度检测
• 农产品分选
• 食品品质检测
• 水分含量分析
• 内部损伤识别

许多肉眼难以察觉的内部缺陷，在短波红外图像中往往能够呈现出明显对比。

▼ 物质识别与智能分选

许多材料在可见光下表现出相似的颜色和纹理，但在短波红外波段却具有截然不同的光谱反射特征。例如：

• 塑料与聚合物材料
• 深色包装材料
• 纺织纤维
• 化工粉末
• 回收材料

这些材料在SWIR图像中往往会呈现出明显不同的灰度响应，为机器学习和人工智能算法提供更丰富的特征信息。

因此，短波红外已成为智能分选、多光谱检测和工业质量控制的重要技术手段。

▼ 烟雾、雾霾等复杂环境成像

根据光散射理论，波长越长，光在空气颗粒中的散射效应越弱。

由于SWIR波长显著高于可见光，其穿透烟雾、水汽和轻度雾霾的能力明显增强。

这一优势使其能够应用于：

• 智能交通系统
• 户外机器视觉
• 安防监控
• 消防救援
• 无人系统环境感知

在复杂环境条件下，SWIR能够提供比传统可见光相机更稳定、更可靠的成像效果。

02 什么是胶体量子点？

为什么说它能改写SWIR？

当前主流InGaAs技术路线性能成熟、响应度高、可靠性优异，但受限于探测器与读出电路分离制造、倒装焊混合集成等工艺。当分辨率持续提升、像元尺寸进一步缩小时，制造复杂度和系统成本也会显著增加。

而量子点直接换了个降维打击的思路。

胶体量子点（CQD）是一类尺寸通常仅为数纳米的半导体纳米晶体，利用量子限域效应，只要通过合成控制它的粒径大小，就能精准调控它的带隙，使其具备可调谐的短波红外响应能力。

与传统InGaAs材料相比，胶体量子点可采用低温溶液法制备，并与成熟CMOS工艺兼容，为晶圆级制造（Wafer-Level Manufacturing）和大规模量产创造了条件。这也是近年来CQD-SWIR受到产业界广泛关注的重要原因之一。

然而，量子点SWIR真正具有颠覆性意义的并不仅仅是材料本身，而是其能够实现全新的器件架构：

🧪  PbS量子点光敏层：直接在晶圆的后道制程，通过旋涂、喷涂、刮涂或印刷等工艺，将量子点薄膜直接沉积于CMOS晶圆表面。该层负责：

• 吸收短波红外光子
• 产生光生载流子
• 完成光电转换

💾  硅基CMOS读出电路：利用成熟硅基CMOS工艺完成：

• 电荷读取
• 信号处理
• 像素阵列集成
• 系统级功能扩展

这一架构避免了传统III-V族半导体外延生长过程中对晶格匹配的严格要求！为更小像元尺寸、更高分辨率SWIR传感器提供了更具成本竞争力的扩展路径：量子点技术让短波红外复制热成像的发展路径成为可能！

03 从实验室走向产业化

长期以来，量子点短波红外技术常被视为实验室研究课题。然而，近年来产业化进程正在不断加速。

以英睿红外为例，其自主研发的PbS量子点短波红外图像传感器已实现：

• 400万像素分辨率（2048 × 2048）
• 5 μm像元尺寸

这标志着国产CQD-SWIR技术在高分辨率、小像元方向取得了重要进展。

这一成果不仅验证了量子点技术实现高性能多光谱成像的可行性，也展示了其未来规模化制造的潜力。

随着制造工艺持续成熟，CQD-SWIR有望在以下领域释放更大价值：

• 具身智能与机器人感知
• 自动驾驶与高级辅助驾驶系统（ADAS）
• 工业机器视觉
• 多光谱与高光谱成像
• 片上光谱传感
• 下一代智能感知平台