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随着短波红外（SWIR）技术在消费电子领域的新兴应用，我们正见证一个创新技术的崛起，它有潜力彻底改变我们与设备的互动方式。苹果公司在其最新的AirPods 3和iPhone 14 Pro中采用的SWIR单像素传感器，虽然仅用于基础感应，却为功能丰富的设备增添了一个全新维度。这一突破性的应用不仅展示了SWIR技术在实现更精准、更智能的传感方面的潜力，而且还预示着它在消费电子市场中的广阔前景。从提高设备的环境感知能力到开发新型的用户界面，SWIR技术正在开启一个令人兴奋的探索时代。本文将探讨SWIR术的基础，探究其在当前和未来产品中的特点，并着重分析它在新时代所带来的机会点。
1. 什么是SWIR？
短波红外（SWIR）波段通常定义为电磁光谱中的一部分，波长范围从大约900纳米（nm）延伸到2500纳米。这个区域位于可见光波段和中红外波段之间，它独特的波长使得它能够穿透烟雾、雾和其他视觉障碍，但又与较长波长的红外波段相比，能提供更高的解析力。
因为波长的原因，SWIR探测器的制造工艺主要有几种：
a) 光电导型探测器: 利用材料对SWIR波段的光吸收改变其电导率。常用的材料有硫化铅(PbS)和硒化铅(PbSe)。
b) 光伏型探测器: 这类探测器通过光生伏特效应来检测SWIR光，通常使用的材料是铟镓砷(InGaAs)。InGaAs探测器因其优异的性能和较宽的光谱响应范围而广受欢迎，当前大部分SWIR 成像探测器也是使用该工艺制作而成。
c) Ge-on-Si 型探测器：锗硅合金可以调整以覆盖从可见光到SWIR波段的宽波长范围。它们可以通过成熟的硅工艺来生产，这使得它们与现有的硅基电子集成设施兼容，可能降低制造成本。锗硅合金探测器对于SWIR应用来说是非常吸引人的。
d) 量子点探测器：听名字是不是有点即熟悉又陌生？ 2023年诺贝尔化学奖授予蒙吉·巴文迪（Moungi Bawendi），路易斯·布鲁斯（Louis Brus）和阿列克谢·叶基莫夫（Alexei Ekimov），以表彰他们“对量子点的发现与合成”。量子点技术利用纳米尺寸的半导体颗粒，这些颗粒的光学和电学性质随尺寸而变化，因此可以通过调整颗粒大小来精确控制对特定波长的响应。量子点可以用于生产对特定SWIR波长敏感的探测器。这些探测器可以在室温下工作，并且可以通过溶液过程实现大规模和低成本的生产。量子点探测器由于其可调谐的光谱响应和潜在的低成本制造，被认为是下一代光电探测技术的有力竞争者。ST 主要在该方向进行发力。
1. SWIR 成像有什么特点？ 主要用在什么地方？
Sony 的白皮书上对SWIR在工业上的应用进行了很好的总结，本文章只对比较重要的两个特点进行展开：
a) 水分的可视化
因为坏的苹果部分的细胞壁得到了破坏，水分会开始流水，因此在SWIR 中受到破坏的地方呈现出黑色。
B) 对于硅晶圆和树脂型容器具有穿透性
SWIR对于硅晶圆的透光性是SWIR的一项关键特性，正是这项技术在广阔的消费类市场中的应用提供了坚实的基础。如果没有这一特性，SWIR技术很可能仅限于那些需要专业成像系统的小众市场。
1. SWIR 有消费电子市场哪些新的机会点？
在近年来，ST、索尼等传统CMOS行业的领头羊相继推出了短波红外（SWIR）传感器，它们利用尖端制造工艺显著降低了SWIR传感器的成本。这一价格变革的催化剂，无疑是苹果公司将SWIR技术融入其手机设计，用以解决屏下传感器的挑战。
短波红外（SWIR）技术能够透过某些类型的显示屏幕，这是因为SWIR波长较长，不被传统的显示屏幕材料所吸收。这一特性对于开发新一代的交互式设备尤其重要，它允许SWIR传感器被嵌入或置于显示屏幕之后，而不影响用户的视觉体验。因此iphone 14 pro 从“留海”变成“岛”很重要的一点就是把接近传感器移到了屏幕下方。
正是对全面屏的不懈追求，推动了行业对屏下传感技术的探索。市场不仅期待将接近传感器隐蔽于屏幕之下，还希望将人脸识别功能的光源与红外摄像头整合进这一设计之中。短波红外（SWIR）传感器的引入，能够克服OLED屏幕反射等技术障碍，尽管这可能意味着更高的成本。然而，在这块潜力巨大的市场面前，成本并未能阻止制造商的尝试脚步。他们认识到，尽管初始投资较大，但将SWIR技术整合到全面屏设计中，无疑将打开一扇通往未来手机革命的大门，带来无与伦比的用户体验。
另外Airpods3 的皮肤检测传感器也更换为了SWIR 波段。
1. SWIR 还有哪些有趣的新应用？
不知道大家是否还记得大话成像公众号的一期文章“门控相机：车载ADAS相机的未来？”，里面有提到Bright Way Vision的门控相机，Trieye也提出了一个类似的车载门控相机，不太一样的是Trieye 不是使用的NIR camera 而是SWIR camera。
随着像ST和索尼这样的行业巨头通过高效的制造工艺推动SWIR传感器成本的下降，希望我们能见证了一个技术革新的开始。希望再过10年后，相机界不同的光谱可以更加丰富，而不仅仅是在可见光这一波段内内卷
