光譜信息作為物質的“光基因”，能夠反映物質本征屬性。光譜成像技術憑借“譜圖合一”的特性，可同步獲取檢測目標的光譜特征與空間幾何特征等多維度數據，在物質成分分析、環境實時監測、衛星遙感、深空探測等領域具有重要應用前景與戰略價值。然而，傳統光譜成像技術依賴幾何分光與機械掃描模式，存在系統復雜、體積龐大、難以集成、成本高昂等問題，無法滿足集成便攜式、快速響應智能光譜成像儀的應用需求。尤其在對生物制藥、有機物及分子檢測具有重要意義的深紫外/紫外波段，受材料、工藝與結構復雜性限制，片上微型紫外光譜成像技術長期處于空白狀態，成為制約該領域發展的關鍵瓶頸。
    2025年9月26日，中國科學技術大學微電子學院孫海定教授領銜的iGaN實驗室，聯合武漢大學劉勝院士團隊，在國際頂級期刊《NaturePhotonics》在線發表題為“AMiniaturizedCascadedDiodeArraySpectralImager”的研究成果。該團隊成功研制出基于氮化鎵（GaN）的微型紫外光譜儀芯片，并實現片上光譜成像，不僅填補了微型光譜儀技術在紫外波段的空白，更為緊湊型、便攜式光譜分析與成像芯片的大規模制造及應用奠定基礎。

    核心技術突破：GaN級聯架構與DNN算法深度融合
    為解決傳統光譜技術的微型化難題，研究團隊創新提出新型技術路徑，通過硬件架構設計與算法優化的協同，實現紫外波段光譜探測的高精度與高響應速度。
    1.GaN基級聯光電二極管架構創新：芯片核心采用兩個不對稱pn二極管垂直級聯結構，可在2英寸晶圓上完成陣列化制備，并通過鍵合工藝實現光譜成像芯片集成。該架構可通過外加偏壓調控載流子的波長依賴傳輸行為，實現電壓可調的雙向光譜響應，突破傳統結構光譜響應固定的局限，為寬波段、靈活探測提供硬件基礎。
    2.深度神經網絡（DNN）算法融合：針對光譜信息重構需求，團隊將芯片獲取的光電流信號與DNN算法深度結合，實現對未知光譜信息的高精度重構。在紫外波段（250365納米）測試中，該芯片光譜分辨率達0.62納米，響應速度快至10納秒，兼顧探測精度與響應效率，滿足實時檢測場景需求。

    應用驗證：有機物質光譜成像測試成效顯著
    為驗證芯片性能與應用潛力，研究團隊以橄欖油、花生油、動物油脂、牛奶等有機物質液滴為檢測對象，開展光譜成像實驗，充分體現芯片在有機檢測領域的實用價值。
    實驗中，芯片每個像素可捕獲波長相關的光電流信號，形成完整三維數據集。經DNN算法光譜重構后，生成高分辨率光譜圖像，清晰呈現不同有機物質在紫外波段的獨特吸收特性及其空間分布，實現有機物質的空間分辨與單次直接成像。對比商業光譜儀測試數據，該芯片的光譜重構結果高度吻合，證明其精度可媲美傳統大型設備，為替代傳統光譜儀、實現設備小型化提供關鍵支撐。

    未來發展前景：多波段擴展與低成本規模化應用可期
    該研究提出的微型光譜儀芯片架構具有極強的擴展性與產業化潛力，未來可通過技術優化進一步拓展應用邊界，降低應用成本。
    波段覆蓋范圍擴展：通過調整芯片內化合物材料組分及摻雜特性，或采用硫化鎘、氧化鋅等二六族化合物半導體，以及砷化鎵、磷化銦等三五族化合物半導體材料，可將芯片工作范圍從紫外光擴展至可見光、紅外光波段，覆蓋更多領域檢測需求，如紅外波段環境氣體監測、可見光波段物質成分分析等。
    尺寸優化與成本降低：芯片制備工藝完全兼容現有先進半導體大規模制造流程，未來可將特征尺寸進一步縮小至亞微米甚至納米級，提升光譜成像分辨率；同時，規模化生產可大幅降低制造成本，預計成本可降至傳統光譜儀的百分之一，為便攜式、可穿戴式光譜探測設備的普及提供經濟可行性。
    正如硅基CCD/CMOS芯片推動數碼相機大規模普及，該GaN基微型光譜芯片的問世，有望引領光譜成像技術進入產業升級新階段，為下一代小型化、便攜式智能光譜設備的發展提供技術范式。

    研究團隊：多學科協作奠定科研基礎
    該成果的取得離不開研究團隊的長期積累與多學科協作。通訊作者孫海定教授為中國科學技術大學微電子學院教授、博導，iGaN實驗室負責人，長期致力于GaN半導體材料外延、紫外光電器件與電子器件設計制備研究，入選科睿唯安全球前2%頂尖科學家榜單、愛思唯爾“中國高被引學者”榜單，主持多項國家級科研項目；第一作者余華斌博士后、MuhammadHunainMemon博士后、高志祥博士研究生、姚銘家碩士研究生等在寬禁帶半導體領域具有深厚研究積累。此外，武漢大學劉勝院士、浙江大學楊宗銀教授、劍橋大學TawfiqueHasan教授為研究提供重要指導與支持，多學科力量協同為技術突破提供保障。
    該微型紫外光譜儀芯片的研制成功，標志著我國在光譜技術微型化領域掌握核心競爭力，為后續技術產業化與應用落地奠定堅實基礎，將推動光譜成像技術在高通量實時生物分子檢測、片上集成式傳感等領域的廣泛應用。
    要不要我幫你整理一份該微型紫外光譜儀芯片技術研究報告框架？框架將涵蓋研究背景、核心技術、實驗驗證、產業化前景、團隊介紹等模塊，方便用于學術匯報或技術梳理。