如何提高紅外探測靈敏度一直是光電信息領域的一個難題，每前進一步都不容易，就像奧運會百米賽跑，但總有勇者在努力地尋求突破。

　　紅外探測器的有兩個核心，即焦平面與讀出電路芯片。焦平面即像素平面將紅外輻射轉化為電荷，讀出電路芯片用來控制曝光、轉移電荷并輸出信號。前者長期以來一直是光電子領域的焦點，設計難度大，制備工藝復雜，而后者受關注度較低，發展相對緩慢。

　　中國科學院光電信息處理重點實驗室坐落在沈陽自動化所，在光信息、光電成像探測、目標識別及精確跟蹤方面具有研究特色。探索如何將信息技術滲透到光電子學，是實驗室的一個新方向，高靈敏紅外探測被列入沈陽自動化所“一三五”5個重點培育項目之一。

　　早在2013年，我的博士導師史澤林研究員，在信息光電子學實驗室年會上首次提出，將信息處理技術融入到紅外焦平面探測器研發，尋求紅外成像探測能力的突破?！疤岣咛綔y器的靈敏度，我們在讀出電路上做一番文章，是有可能解決實際問題的”，導師在2014年指導我博士研究生開題時如是說。

　　啃最硬的骨頭——導師為我設立了目標

　　2015年年底，面對接下來的“十三五”開局，盡管已經在理論研究方面有了一定的積累，但考慮到我們在大尺寸光電芯片設計經驗方面經驗尚淺，而且測試實驗條件不足，我希望能在具體目標上降低難度。于是，我向導師提出，鑒于中波輻射的電荷利用率相對長波要高幾倍，做起來可能容易一點，而且中波焦平面的價格要明顯低于長波，我們能否選擇中波紅外探測器作為高靈敏度探測研究的切入點？“經費與焦平面的事不用你來考慮，要做就做最難的，做有前瞻性的”。導師的一番話令我堅定了啃最硬那塊骨頭的信念。導師還提出，技術路線有多條可選，根據現有設計條件，我們是不是先嘗試通過多次像素級曝光的方式累積更多的輻射電荷？以這種等效的方式提高探測器靈敏度？從問題的提出直到現在，導師每周都會找我詳細詢問研究進展，只要不出差在外，他每周都會找我討論相關科學與技術問題?！澳呐履氵@周啥也沒干，我們也得討論討論”。

　　要從根本上解決核心問題，就要對本質機理做透徹的研究分析。為此，我們開展了一年多的理論建模與分析研究，期間還完成了高精度光電噪聲測試實驗室的建設。從無到有，一步一個腳印。2016年，我們首次制備了輻射累積的紅外探測器芯片——單像素讀出電路芯片。2017年，我們完成了4x4陣列與32x32陣列小面陣新型高靈敏讀出電路芯片的設計流片與測試，實現了預期的功能性能，驗證了所提出的創新設計方法在理論上的正確性和有效性，確立了高靈敏探測器的技術研究方向。

　　當時芯片課題組人員較少，主要是電路和版圖設計人員，也就是在這個過程中，我們摸索著形成了核心設計靠自己、加工制備靠外協的工作模式。這一步標志著我們基本具備了自主研發紅外探測器核心芯片設計的能力。

　　創新征途，一波三折

　　這時，我們又面臨了新的挑戰——芯片與焦平面如何互聯？

　　由于經驗的缺乏，第一次將獨立研發的芯片去跟紅外焦平面互聯，工藝上遇到了不小的麻煩。高靈敏系統集成課題的負責人是常錚研究員。從2017年開始，常老師就開始與合作單位開展積極協調，為我們協調好了焦平面的選型和采購，并跟協作單位的互聯工藝人員做好了對接。2018年9月，經過一年多的定版設計，第一輪新型讀出電路芯片完成流片。正當我們準備按計劃推進探測器互聯封裝工藝的時候，發現芯片與焦平面無法實現電學互聯。當時協作單位也沒想到會出現這種情況，該怎么辦一時沒人知道。這時，芯片主要設計人之一，90后小伙子喬俊，憑借對半導體工藝的深刻理解，提出通過離子束注入的方式，將我們芯片的地線按照焦平面位置重新刻蝕，并據此制定了修改方案，通過微電子業內朋友的幫忙，聯系到了可以加急的公司，48小時內即可完成芯片修改。

　　第二天，我帶著芯片到北京修改，喬俊留在協作單位繼續溝通互聯工藝。我懷著焦躁的心情等待芯片修改，畢竟，11月份課題要迎來第一個里程碑檢查，現在已經10月了，探測器的影子還沒有。中午，我接到導師打來的電話，在聽我匯報完目前尷尬的處境后，老師笑著寬慰我說，第一次搞這些工藝，遇到問題屬于正常情況，注意一下項目驗收的時間節點，還關心我有沒有吃午飯，“我正好在北京開會，這兒午飯不錯，要不你來吃個飯吧”。導師的理解與包容態度，讓我的緊張情緒緩解了很多。修改后的芯片在倒裝焊機下準確地實現了與焦平面的互聯，互聯后的探測器杜瓦驗證了電學的連通性，問題終于解決了！

　　2019年9月，我們完成了芯片功能和性能的測試，符合設計預期。然而，就在我們剛剛松一口氣的時候，又出了新問題?；ヂ摵蟮奶綔y器產生了完全沒有預料到的測試現象，面對這種情況，想到這些年的努力卻還沒有得到想要的結果，我的情緒有些沮喪。于是，我提出將探測器拿回沈陽所里做故障分析，現在回想起來，當時真有一點打退堂鼓的意思。幸好，在常老師和同事們的指導和幫助下，我穩定了心態。一番冷靜思考后，我把注意力放在了規范測試狀態，從細節中尋找問題線索，最后確定，是焦平面與芯片在行列對準上發生了錯位。2019年11月12日，我們研制的高靈敏探測器讀出芯片首次實現了長波紅外預期的信號輸出，驗證了設計的正確性，這是令人非常難忘的一天。

　　緊接著的成像問題也同樣不簡單。我還記得，在那段艱難的日子里，常錚研究員和趙耀宏研究員兩位老師經常在晚上九點多暫時放下手中的其它任務，與我們共同探討技術問題直至深夜。

　　保持定力，繼續攀登

　　科研攻關是一個漫長又寂寞的過程，中間還往往伴隨著困惑和失敗，需要科研人員沉得住氣、耐得住寂寞，更需要大膽假設、不畏懼失敗、契而不舍的執著。憑借這樣的堅持，我們研發的芯片技術已展現出在高靈敏紅外探測上誘人的應用潛力。在這個領域里，盡管我們前面的路還很長，困難和未知還有很多，但我們有帶頭人在前面領路，有老中青三代科研人員的傳承與團結協作，更有沈自所“獻身、求實、協作、創新”的精神動力，我相信，通過我們對核心問題堅持不懈的研究和對創新的持之以恒，我們一定可以趟出一條先進紅外探測的創新之路。（作者：光電信息技術研究室  王霄）