傳感新品

【中國科學院上海微系統所：在薄膜熒光傳感器研究方面取得進展】

近日，中國科學院上海微系統與信息技術研究所研究人員在薄膜熒光傳感器研究方面取得進展。該研究為制備優異的薄膜熒光傳感器提供了有效策略，對熒光傳感與氣體吸附的協同過程進行了實驗驗證與理論計算闡釋。

近年來，薄膜熒光傳感器在氣體傳感領域發揮重要作用，因具有較高的靈敏度、響應性和選擇性，是目前最有前景的痕量物質檢測技術之一。然而，多數熒光敏感材料存在聚集熒光淬滅（ACQ）效應和光漂白現象，使得滿足實際應用要求的熒光傳感材料并不多見。這限制了熒光敏感材料在氣體檢測方面的應用，亟待開發用于氣體傳感的新型高性能敏感材料。針對薄膜有機熒光探針材料面臨的固態熒光量子效率差、光穩定性差等問題，研究人員將有機熒光客體搭載到金屬有機框架（MOF）中，開發了一種對氣體分析物具有高靈敏度、高選擇性、高穩定性的新型主客體式薄膜熒光氣體傳感器，為構建滿足不同需求的薄膜熒光傳感器提供了靈活的方法。

該工作以ACQ分子Me4BOPHY-1作為被封裝有機客體，采用簡單的固相合成方法嵌入金屬有機框架ZIF-8中，通過調整負載比例調節其熒光發射特性。MOFs（ZIF-8）為客體分子提供了各種納米空腔，從而減少了熒光分子的自聚集，有效克服Me4BOPHY-1的ACQ效應。負載不同比例的客體后，分子的固態熒光量子效率從0.76%最高提升到19.72%。進一步，研究實現了對神經毒劑沙林的模擬物氯磷酸二乙酯的氣相識別。

MEMS懸臂梁吸附研究表明，主客體嵌入式MOF傳感器對待測氣體的預富集賦予了探針優異的氣體傳感能力，響應時間可達3 s，檢測限低至1.13 ppb。MOF的籠化效應提高了對于分析物的選擇性，Me4BOPHY-1@ZIF-8對干擾性氣體HCl的響應明顯變弱，而這在以前的文獻報道中是不可避免的。此外，有機金屬框架結構的“籠化效應”還確保了傳感器良好的光穩定性和熱穩定性。有機熒光分子的熱分解溫度從200 ℃升至527 ℃，且在激發光波段的激光持續4800 s的照射下仍能保持初始熒光強度。

傳感動態

【禾賽科技宣布與廣汽集團正式達成合作

禾賽科技今日宣布與廣汽集團正式達成合作。雙方將基于禾賽的下一代全新激光雷達產品，在汽車智能化領域深度協同，共同打造極具競爭力的智駕產品。此次合作展現了廣汽對于禾賽激光雷達產品和技術的高度認可。

廣汽集團自 1997 年成立以來，一直作為中國汽車產業的重要支柱，積極帶領行業發展。在過去的 2023 年，廣汽全年共上市了 18 個系列的轎車、25 個系列的 SUV 和 6 個系列的 MPV，真正做到了多產品布局適應國民化需求。其銷量成績單更為亮眼，2023 年產銷均突破了 250 萬輛，其中新能源銷量占比提升至 58%，同比增長了 77.55%，充分體現了廣汽的創新突破價值。

自 2013 年起，廣汽開始著手自動駕駛領域的智能駕駛系統研發，并已成功建立了全鏈條的開發能力，掌握著從 L2 到 L4 級別的算力平臺開發能力。廣汽的 ADiGO PILOT 率先實現了從 L3 自動駕駛功能到 L2++ 領航輔助駕駛功能的雙向無縫切換。此外，以 L4 自動駕駛技術為依托的廣汽 Robotaxi 也在持續深化示范運營，標志著其在自動駕駛商業化應用方面的有序落地。

禾賽科技始終堅持自主創新，不斷突破核心技術，打造新質生產力。通過持續加大自主研發投入，運用領先的垂直整合技術和強大的自建車規生產體系，構建起激光雷達行業的長期技術壁壘。截至 2023 年底，禾賽累計交付量已經突破了 30 萬臺，成為激光雷達行業首個創下該里程碑的企業。根據蓋世研究院數據，2023 年禾賽 ADAS 激光雷達搭載量位居行業第一，禾賽強大的制造實力與高效的交付能力均經過市場的嚴苛考驗，贏得廣泛認可。

未來，雙方將持續發揮強大的自主實力和內生優勢，立足自主研發、堅持合作創新，攜手推動廣汽集團旗下新能源品牌、乘用車品牌的高質量發展，為智駕行業注入全新活力。

【晶合集成5000萬像素圖像傳感器量產 規劃CIS產能年內倍速增長】

繼90納米CIS和55納米堆棧式CIS實現量產之后，晶合集成（688249.SH）CIS再添新產品。近期，晶合集成55納米單芯片、高像素背照式圖像傳感器（BSI）迎來批量量產，極大賦能智能手機的不同應用場景，實現由中低端向中高端應用跨越式邁進。晶合集成規劃CIS產能將在今年內迎來倍速增長，出貨量占比將顯著提升,成為顯示驅動芯片之外的第二大產品主軸。

近年來，5000萬像素CIS已在智能手機配置上加速滲透。晶合集成與國內設計公司合作，基于自主研發的55納米工藝平臺，使用背照式工藝技術復合式金屬柵欄，不僅提升了產品進光量，還兼具高動態范圍、超低噪聲、PDAF相位檢測對焦等優勢。此外，該技術采用單芯片技術架構，既減少芯片用量，也縮短了芯片生產周期，同時將像素規格微縮20%，像素尺寸達到0.702μm，整體像素提高至5000萬水準，將廣泛應用在智能手機主攝、輔攝及前攝鏡頭等。

未來，晶合集成在銖積寸累中，將緊隨產業發展變革機遇，足履實地邁好每一步，為國內集成電路產業長遠發展添磚加瓦。

【我國光纖巨頭長飛收購 RFS 德國及蘇州公司，開拓國際電纜市場】

4 月 9 日消息，近日，長飛光纖光纜股份有限公司（以下簡稱“長飛公司”）收購 Radio FrequencySystemsGmbH（以下簡稱“RFS”）德國及蘇州公司，并舉辦交割儀式。

長飛公司作為光纖預制棒、光纖、光纜及綜合解決方案提供商，主要生產和銷售通信行業廣泛采用的各種標準規格的光纖預制棒、光纖、光纜，基于客戶需求的各類光模塊、特種光纖、有源光纜、海纜，以及射頻同軸電纜、配件等產品，近年來，大力拓展軌道交通、基站線纜及器件、電力線纜等市場。

據介紹，本次交易收購的 RFS 德國及蘇州公司從事包括射頻電纜、漏纜、混合電纜等相關電纜產品的研發、生產及銷售，其產品主要應用于軌道交通、基站線纜及器件等領域，與長飛公司現有業務形成優勢互補，在產能布局、市場開拓上能形成較強的協同效應。

長飛公司表示，本次收購是長飛公司國際化戰略的又一重大布局，對進一步完善海外產能布局、開拓國際電纜市場具有重大意義。

長飛公司自 2014 年起陸續拓展海外業務，先后在印尼、南非、巴西、波蘭等地建立 6 個生產基地。長飛海外業務收入連續兩年占公司全年收入的 30% 以上，2023 年前三季度海外業務收入占比達 35%。該公司連續 17 年入選全球光纖光纜最具競爭力企業 10 強。

【臺積電獲美國芯片法案66億美元補貼，將在美投建2納米工廠】

當地時間4月8日凌晨，美國商務部發布公告聲明，計劃向臺積電提供66億美元的直接資金補貼，并提供高達50億美元的低成本政府貸款，用于其在亞利桑那州鳳凰城建設先進半導體工廠。

此前，臺積電一直在如火如荼興建亞利桑那州晶圓一、二廠。如今補貼正式公布后，公司也透露將在當地設立第三座晶圓廠，預計將導入2納米芯片制程工藝，計劃在2028年開始生產。

據商務部介紹，算上美國政府的補貼，臺積電計劃為其亞利桑那州的三座晶圓廠投資超650億美元。這其中既包括包括公司先前已宣布投資的400億美元，又有此次最新追加的250億美元，后者主要用于第三座晶圓廠的建設經費上。650億美元的總金額也是美國歷史上用于新項目建設的最大一筆外國投資。

臺積電是美國政府自2022年通過《芯片與科學法案》（以下簡稱“芯片法案”）以來公開補貼的第五家公司，也是截至目前唯一的國外公司。在它之前的四家公司均為美國本土半導體廠商，分別是一家軍工企業貝宜陸上和武器系統公司（BAE Systems）、成熟制程芯片制造商微芯科技，以及另外兩家芯片巨頭格芯與英特爾，分別已獲得芯片法案補貼3500萬美元、1.62億美元、15億美元與85億美元。

按照美國為芯片法案設定的目標，美國政府將通過提供高達527億美元的資金補貼，以及貸款、稅收減免等一攬子計劃，保證“到2030年年末全球20%的尖端芯片在美國國內制造”。目前美國在這一領域的比例僅為10%。

作為全球排名第一的芯片制造商，臺積電掌握著全球近六成以上的先進制程芯片代工訂單，將近有70%的客戶來自美國。按照先前公司在財報會議上的聲明，亞利桑那州工廠大部分產品主要供應美國客戶，因此吸引臺積電赴美建廠是決定芯片法案成敗的關鍵舉措。

在芯片法案推出前，臺積電的生產基地多年扎根臺灣。根據官網信息，臺積電目前共有12座已建成運營的晶圓廠，其中就有9座位于臺灣，且幾乎包攬了7nm以下先進制程芯片的產能。除位于中國大陸南京的一座12英寸晶圓廠承擔12納米到28納米的成熟制程芯片外，臺積電另外一家位于美國華盛頓的8英寸晶圓廠過往僅作產能補充，對其產能影響不大。也正因為有了臺積電的存在，臺灣也成了全球半導體產業的高地，長期在勞動力、技術及配套資源上擁有獨特的地域優勢。

芯片法案推出后，美國、歐洲、日本各地要求建立本土供應鏈、將最先進的芯片晶圓廠建在國內的呼聲越來越高，臺積電也不得不走出“舒適區”踏上海外建廠之路，這其中就包括美國亞利桑那州正在投資建設的三座晶圓廠，列入歐州芯片補貼計劃中在德國德累斯頓郡投建的一座合資廠，以及接受日本政府芯片撥款補貼在熊本縣投建的第一、第二座晶圓廠。

新建工廠也越來越多地承擔其先進制程芯片的生產任務。以美國所建新廠為例，根據介紹，臺積電按照最新補貼計劃在亞利桑那州建設的第三座晶圓廠將引入2納米芯片制程技術，這是內部處于研發階段最先進的芯片，據公司介紹將于2028年量產。該州的第一、第二座晶圓廠則分別負責生產4納米、3納米的制程芯片，按照規劃這批先進芯片未來將主要用于5G/6G智能手機、自動駕駛汽車和人工智能數據中心服務器等重要場景。

走出舒適區也意味著需要直面各種各樣的現實考驗。根據《華爾街日報》在內的多家媒體報道，由于缺乏熟練的勞動力以及美國當地建廠施工成本過高等原因，臺積電位于亞利桑那州的兩座工廠破土動工后“水土不服”，工程受阻。第一座工廠投產時間將從原計劃的2024年底推遲至2025年，第二座工廠工期也順序延宕，量產時間推遲到2027年或2028年。隨著第三座廠如今被提上日程，到時臺積電能否如期完工倍受外界關注。

受芯片法案補貼消息的影響，臺積電美股4月8日盤前跳漲2.7%，截至發稿前最新股價上漲超2%。

【了解CMOS圖像傳感器的進化：堆棧式與單芯片的區別】

日常生活中的很多產品，比如手機、數碼相機、車載攝像頭等都有CMOS圖像傳感器（CMOS Image Sensor，CIS）的身影，在它的幫助下，人們可以獲得更清晰，更高質量的圖片和視頻。這主要是得益于CMOS圖像傳感器是一種將光轉換為電信號的裝置，且隨著CMOS工藝技術的進步，作為攝像頭“眼睛”的CMOS圖像傳感器具有了高分辨率、低噪聲、大動態范圍、智能化等特點。

那么，你知道CMOS圖像傳感器是如何變成現在這般的嗎？它有哪些分類？本文就帶你一起了解一下CMOS圖像傳感器的進化歷程，以及堆棧式與單芯片技術的優缺點與適用場景。

CMOS圖像傳感器的發展歷史

自從1969年，美國貝爾實驗室發明電荷耦合器件（CCD），并提出固態成像器件概念后，固體圖像傳感器便得到了迅速發展，成為傳感技術中的一個重要分支。其實互補金屬氧化物半導體（CMOS）圖像傳感器與CCD圖像傳感器的研究幾乎是同時起步的，只是由于當時工藝水平的限制，CMOS圖像傳感器圖像質量差、分辨率低、噪聲高，以及光照靈敏度不夠等原因，從而沒有得到重視和發展。

后來，隨著集成電路（IC）設計技術和工藝水平的提升，CMOS圖像傳感器過去的缺點，都被克服掉了，CMOS圖像傳感器逐漸成為研究的熱點，并成為了市場的主流。

圖：CMOS圖像傳感器內部結構示意圖（來源：格科微招股書）

CMOS圖像傳感器最大的優勢是可以集成在單片芯片上，它能將圖像傳感與采集、模擬信號處理電路、模數轉換模塊、數字邏輯電路、時鐘控制電路，以及外圍輸入/輸出電路等都集成在單顆芯片上。其工作原理是，首先通過感光單元陣列將所獲取對象景物的亮度和色彩等信息由光信號轉換為電信號；再將電信號讀出，并通過ADC模數轉換模塊轉換成數字信號；最后將數字信號進行預處理，并通過傳輸接口將圖像信息傳送給平臺接收。

CMOS圖像傳感器的誕生，一直以來有兩種版本。一是在1993年4月，NASA的噴氣推進實驗室（Jet Propulsion Laboratory，JPL）的Dr. Eric R. Fossum團隊研制出了CMOS有源像素傳感器，不過在NASA的反響并不樂觀，因此在1995年，Fossum與他當時的妻子，及他在JPL的同事Sabrina Kemeny共同創辦了Photobit公司進行CMOS傳感器的商業化。并于1998年推出了第一個產品PB-159，次年推出了PB-100，該芯片被用在了英特爾的一款網絡相機Easy PC相機中，將視頻會議帶入了工作場景。

另一個版本是在1989年，英國愛丁堡大學的Peter Denyer教授、David Renshaw博士，及當時在愛丁堡大學做科研的王國裕和陸明瑩聯袂發表了一篇論文，介紹了他們在CMOS 圖像傳感器方面的研究工作，并于1990年底芯片流片成功。

不管是哪一個版本，在市場的洪流中，他們都淹沒在了眾多玩家當中，如今的CMOS圖像傳感器頭部玩家主要是索尼、三星電子和格科微等廠商。

CMOS圖像傳感器的分類

CMOS圖像傳感器按照感光元件安裝的位置，主要可分為前照式結構（FSI）、背照式結構（BSI）、以及在背照式結構基礎上改良的堆棧式結構（Stacked）。

前期的CMOS圖像傳感器主要是FSI結構，因為這種結構工藝簡單；其缺點是，因為它的感光元件在底層，進入的光線比較少，因此成像效果一般。該結構的CMOS圖像傳感器的像素范圍一般在200萬像素以下。

為了加強整體成像效果，BSI結構應運而生，該技術改變了光線的入射方位，將電氣組件與光線分離，有效減少了光子的損耗，大幅提升了CMOS圖像傳感器的量子效率，提升了暗光和室外場景下的拍照品質。也就是說它相比FSI結構具有感光度和量子效率更高、感光角度更廣、像素串擾更低、成像品質更高的優點，缺點是工藝復雜，成本高。此類結構主要應用在500萬以上像素的CMOS圖像傳感器產品中。

其實，2003年成立的格科微很早就開始了CMOS圖像傳感器的研發，并于2005年成功研發出了國內首顆FSI結構CMOS圖像傳感器；2012年實現技術突破，推出了國內首顆BSI圖像傳感器。

隨著市場對CMOS圖像傳感器像素、幀率、成像效果（比如高信噪比、低照度及動態環境感知等）的要求越來越高，CMOS傳感器企業索尼在BSI結構的基礎上開發出了堆棧式結構，在上層僅保留感光元件而將所有線路層移至感光元件的下層，再將兩層芯片疊在一起，芯片的整體面積被極大地縮減，還可有效抑制電路噪聲從而獲取更優質的感光效果。采用堆棧式結構的 CMOS 圖像傳感器可在同尺寸規格下將像素層在感知單元中的面積占比從傳統方案中的近 60%提升到近 90%，圖像質量大大優化。同理，為達到同樣圖像質量，堆棧式 CMOS 圖像傳感器相較于其他類別 CMOS 圖像傳感器所需要的芯片物理尺寸則可大幅下降。這使得CMOS圖像傳感器的成本得到了改善，逐漸成為高像素CMOS市場主流。

但近年來，行業里出現了另一種與堆棧式截然不同的高像素CIS技術路線——單芯片高像素集成。

格科微的單芯片高像素技術

同樣是為了滿足市場對CMOS圖像傳感器高像素、高幀率及高成像效果的需求，格科微另辟蹊徑，憑借他們在單層晶圓CMOS領域近20年的積累，自主研發了單層晶圓高像素工藝及電路技術，攻破了像素特色工藝和邏輯常規工藝的相容性鴻溝，無需堆疊，即可實現高品質成像。

比如說，格科微通過其自有專利技術------FPPI（Floating Ploy Pixel Isolation）隔離技術實現了高像素的同時，還降低了白點及暗電流來源，保障成像品質。從采用了該專利技術0.7μm像素的圖像傳感器GC32E1的表現就可見一斑。該高像素單芯片CMOS圖像傳感器，在各個成像指標上與同規格堆棧產品持平。

據公開信息顯示，GC32E1支持3200萬全像素輸出，搭配手機平臺Remosaic解碼功能，能夠得到細節豐富、色彩鮮艷的照片。就算在夜間、暗態等環境下，也可拍出明亮清晰的照片。而且，在視頻應用方面，它可支持交錯式HDR技術，能在明暗差異大的環境中提升動態范圍，避免暗處死黑，或者亮處過曝。

值得一提的是，格科微還在片內ADC電路、數字電路，以及接口電路等方面也做創新設計，使得其單芯片高像素CMOS圖像傳感器能與市場上同規格的雙片堆棧產品的模組尺寸兼容，面積僅增加約 10%，總硅片用量減少40%，顯著提高了晶圓面積利用率，大大改善成本結構。

格科微目前采用了FPPI專利技術的CMOS傳感器產品有GC50B2、GC50E0、GC32E1、GC08A3、GC13A0、GC13A2、GC16B3等，其中，單芯片3200萬像素CIS已導入品牌并成功量產，單芯片技術路線可行性、量產能力通過驗證。據了解，格科微未來還會持續推出基于單芯片高像素平臺的5,000萬及以上高像素規格產品。

結論

單芯片CMOS圖像傳感器和堆棧式CMOS圖像傳感器是目前圖像傳感技術中應用廣泛的兩種技術，兩者都有其適用的場景和局限性。高像素領域，得益于工藝與技術進步，單芯片CIS優勢漸顯，可能會成為與堆棧同樣重要的技術路線。未來，隨著手機成像等終端市場趨于成熟，人工智能、云計算等技術的不斷發展，CMOS圖像傳感器將不斷升級，更多的創新和應用將不斷涌現。

審核編輯 黃宇