近日，受欧盟资助，LASTSTEP项目宣布将启动全球首个基于硅-锗-锡（SiGeSn）合金的全IV族光子平台的研发计划。该项目旨在解决当前中红外（MIR）波段光电元件生产难题，并推动其广泛应用于环境监测、食品质量检测和生物医学诊断等领域。项目的核心目标是开发兼容现有200毫米CMOS制造工艺的单片解决方案，从而实现低成本、高效的光子传感技术。
目前，硅光子技术已在近红外（1.6 µm以下）的光数据通信领域占据了重要位置，特别是在短距离通信中。此外，硅光子技术在量子计算、人工智能和光信号处理等前沿领域的应用前景也备受瞩目。然而，在中红外波段（2-5 µm），硅光子学的应用尚未广泛覆盖。中红外波段（2-5微米）在光子技术中占据着重要地位，尤其在化学物质检测领域，MIR波段被称为“分子指纹区”，可以精确识别气体和液体中的特定化学成分。然而，这一波段的光电元件制作历来昂贵且复杂，且难以兼容标准的微电子制造工艺。因此，光子器件的广泛应用始终面临技术和成本双重瓶颈。
为了打破这一困局，LASTSTEP项目提出了创新的解决方案，即利用硅-锗-锡合金的独特光学性质，开发兼容CMOS制造的全IV族光子平台。这一平台将为光电器件的设计与制造提供突破口，不仅能够生成中红外波段的激光阵列、宽带光探测器及雪崩光电二极管（APD），还能显著降低生产成本，确保技术在更广泛的应用领域得到推广。
该计划旨在开发基于SiGeSn的四种光子平台原型，用于两个应用场景。首先，研究人员将通过独立组件组装这些原型，随后在光子集成电路（PICs）中实现更高程度的集成。这种基于全IV族光子的集成技术不仅可以用于气体和液体的化学传感，例如检测甲烷浓度或鉴别掺假的油品，还能够拓展至更广泛的应用领域，如空气质量监测、食品安全、医疗诊断以及通信系统。
在LASTSTEP项目中，两大中小企业驱动的应用场景将成为重点开发领域：
气体和液体传感：通过离散元件组装（DCA）技术，针对约3.3 µm波段的甲烷（CH4）传感以及检测掺假油品。这一传感器可在2.5 µm至5 µm的范围内检测气体和液体中的多种分子。
中红外光子集成链路：针对甲烷（CH4）气体传感以及在3.3 µm波段对优质初榨橄榄油的鉴别。该传感器能够通过光学方式认证食品质量，提升食品安全检测的精度与效率。
项目背后凝聚了国际顶尖的合作力量，涵盖了三所学术机构、两家研究技术组织（RTO）以及三家行业领先的企业。团队成员拥有丰富的经验，能够在CMOS兼容环境中研发高效的GeSn直接带隙合金技术，并将其产业化。这一技术联盟还包括在气体和液体传感领域占据市场优势的中小型企业，以及全球顶尖的光子集成电路设计和测试公司，确保未来研究成果能够迅速应用于市场。
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https://www.last-step.eu/
