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                                          國科光芯:專注氮化硅硅光技術,探索硅光產業發展新路徑

                                          發布時間:2023-10-12 來源:MEMS 責任編輯:wenwei

                                          【導讀】訪談背景:國科光芯(海寧)科技股份有限公司(簡稱:國科光芯)創立于2019年4月,總部位于浙江海寧,是一家集材料工藝、芯片設計、集成封裝、光電子器件、應用算法、系統集成等綜合能力為一體的國家高新技術企業。國科光芯以“為同行者掌燈”為使命,致力于成為全球領先硅光芯片技術及整體解決方案公司。


                                          作為國內為數不多具備完整工藝能力的基于氮化硅(SiN)的硅光芯片企業,國科光芯以超低損耗氮化硅材料為基礎,目前已成功開發出窄線寬和可調諧相干光源、FMCW激光雷達光引擎等芯片及應用產品,可廣泛應用于激光雷達(LiDAR)、相干光通信、光纖傳感、光學相干斷層成像(OCT)等重大前沿領域。2023年9月光博會期間,國科光芯董事長劉敬偉博士將受邀參加由麥姆斯咨詢主辦的『第34屆“微言大義”研討會:3D視覺技術及應用』,并分享《基于氮化硅的硅光芯片在激光雷達中的應用》的主題演講。在此之前,請大家先跟隨麥姆斯咨詢一起了解國科光芯近況。


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                                          國科光芯董事長、CEO劉敬偉博士


                                          麥姆斯咨詢:劉總,您好,2020年我們曾進行過一期微訪談(相關鏈接:《大眾對OPA激光雷達誤解太多,專訪國科光芯進行釋疑!》),非常感謝您再次接受麥姆斯咨詢的采訪!時隔三年,國科光芯有哪些新進展與大家分享?實現了哪些重要的里程碑事件?


                                          劉敬偉:時隔三年,感慨頗多。這三年里我們國家和人民艱辛地戰勝了新冠疫情,面對疫情防控和企業生存發展,國科光芯始終不忘創業初心,砥礪奮進。我們堅定地圍繞“基于氮化硅(SiN)的硅光芯片”進行技術及相關應用的布局,并且取得了顯著的發展成果。主要有以下三個重點發展里程碑想跟大家分享:


                                          首先,制約國內硅光芯片產業發展的不是芯片設計,而是芯片工藝平臺的自主性。而我們選擇的新一代基于氮化硅的硅光工藝技術路線更是挑戰巨大,比如因過于依賴國外先進芯片工藝平臺,我們流片周期長達14個月甚至更久,以致于我們在硅光芯片迭代、新技術/新應用拓展層面很難自由發揮。對于仍處初創期的國科光芯而言,我們深知發展布局必須立于當下、著眼長遠,通過縝密的謀劃和實施,終于在2021年完成了國際先進基于氮化硅的硅光工藝的轉移,并且于2022年在國內將成熟的CMOS量產線完整打通落地,將過去14個月的流片周期壓縮至2個月。應該說這就是過去三年里國科光芯發展最重要的里程碑。


                                          第二個方面就是我們將國外先進的相干光源技術和業務進行了整合。通過這幾年對激光雷達尤其下一代FMCW激光雷達的研究,其中的相干性、線性調制、功率的增加以及大幅壓縮成本都依賴于光源的解決。因此,掌握成熟的相干集成光源技術是加快下一代FMCW激光雷達技術落地的重中之重?;趯Τ杀緝瀯?、與氮化硅芯片集成兼容性、硅光應用拓展等角度考量,我們成功在2023年完成了對荷蘭相干激光器公司CHILAS的相關業務整合工作。整合后,光源不僅可以作為我們單獨一個產品進行銷售,更是成為了國科光芯打造基于氮化硅的硅光生態、拓展相關應用業務的核心能力之一。


                                          第三個里程碑,我們進一步擴展了在消費類激光雷達業務方面的規?;瘧?。累計四年我們實現了每年翻一番的銷售目標,產品不僅內銷陡增,更是外銷至東南亞及歐洲,并且成為國內為數不多能突破百萬臺級以上出貨的傳感器公司。這方面業務穩定和擴展的基礎,將加快我們實現硅光技術芯片降維在非自動駕駛領域的應用落地。


                                          麥姆斯咨詢:國科光芯深耕基于氮化硅的硅光子技術,該技術具有哪些優勢?


                                          劉敬偉:三年前我們討論的氮化硅的一些優勢,目前來看是越來越明顯,而且它優勢的發揮也已逐漸得到我們的驗證。同時在這三年期間,一些基于氮化硅的新應用也是層出不窮,比如氮化硅技術在光頻梳上的應用、相干光源片上隔離器的集成,甚至于量子級別靈敏度的探測等,這些新應用的實現都佐證了氮化硅的優勢。


                                          基于氮化硅的硅光技術不僅具備低損耗、寬光譜、大光功率等眾多單項優勢,作為一個強兼容性的平臺型技術,更是易于異質混合集成。國際權威研究機構的多項研究成果表示,可以在氮化硅平臺基礎上高效地把鈮酸鋰(LiNbO?)、磷化銦(InP)、銦鎵砷(InGaAs)等材料進行混合集成或異質異構集成。比如說氮化硅跟鈮酸鋰材料的集成可以實現超快調制,針對這項研究,國科光芯也做了大量的技術儲備,將氮化硅跟鈮酸鋰材料結合,與合作伙伴一起實現了超過100G以上的通信帶寬。


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                                          麥姆斯咨詢:國科光芯申請了哪些核心專利以保護關鍵硅光技術?


                                          劉敬偉:國科光芯目前申請和獲得授權的專利已經超過250項,這些專利涉及范圍非常廣,從材料技術、設計、工藝、封裝、系統產品等核心層面都有分布,當然也包括了像OPA、FMCW等趨勢性技術。


                                          麥姆斯咨詢:請您介紹一下前面提到的國科光芯基于氮化硅打造硅光生態的具體情況,與三年前國科光芯的發展定位又有何變化?


                                          劉敬偉:這個問題非常好,我也想借此次訪談機會從三個方面向行業內新老朋友介紹下國科光芯近幾年的發展變化以及基于氮化硅的硅光生態系統。


                                          首先,我們基于氮化硅的硅光技術在激光雷達領域的發展投入并未止步,準確說經過這幾年的開發,我們更是加大了投入范圍。我們的OPA激光雷達固態掃描芯片歷經三年多輪流片迭代,目前已處在研究深水區。


                                          其次,我想先分享下國際前沿硅光子生態的建設進展。以荷蘭“PhotonDelta”生態計劃為例,它是荷蘭政府于2018年啟動并以政府出資為主,目前投資規模達11億歐元的硅光子芯片(PIC)生態,其愿景是為集成光子學建立一個生態系統,構建整個產業鏈條一起工作,旨在將荷蘭轉變為下一代半導體的領導者,就如在光刻機領域一樣。這項計劃將支持超200家跨境硅光子初創公司建設和擴大規模生產。該計劃已擴展至生物檢測、衛星通信、量子計算等前沿應用領域。PIC技術的落地可以克服摩爾定律的預期限制,并將有助于解決能源可持續性問題,通俗講這項計劃的誕生意味著半導體技術發展的游戲規則將發生變化。


                                          第三,我們確實在今年上半年全面升級了發展戰略、使命及愿景。正如剛剛在介紹國科光芯的發展里程碑話題里提到的,基于激光雷達這幾年的深度研究,以及參考國際上硅光生態構建的成功經驗,國科光芯在硅光芯片設計/流片工藝、封裝、光源、系統集成等核心能力上有了穩步布局,我們圍繞著基于氮化硅的硅光技術、“傳感、數通、計算”三大應用方向,正逐步構建出“技術+應用”生態發展體系。當然,生態的構建與發展離不開產業鏈伙伴的攜手奮進以及政府和投資者的不懈支持,所以“為同行者掌燈”成為我們可持續發展的使命。


                                          麥姆斯咨詢:我們注意到國科光芯官網及您在訪談中都提到的光引擎概念,能否請您做一個詳細解釋?


                                          劉敬偉:簡單來說光引擎是一個包含著光源、發射結構和接收結構的集成化芯片及解決方案,類似汽車引擎在汽車中的重要作用,該概念不僅適用于激光雷達,也適用于其他集成光子應用。


                                          以車載FMCW激光雷達為例,這些部分當前都有分立結構方案可以實現,國科光芯選擇光引擎正是基于氮化硅芯片技術的兼容性以及高度集成優勢,可將分立結構方案的高成本大幅壓縮。我們計劃推出的FMCW激光雷達光引擎將為激光雷達提供光學芯片級的核心光學部件,當客戶拿到我們的光引擎產品,可以非??焖?、低成本組裝出最終的各類激光雷達模組。


                                          光引擎產品理念同樣適用光通信和其他光傳感領域,正是基于其技術源頭和生產能力基礎可以復用,所以我們會繼續夯實我們在核心能力上的建設,未來應用業務擴展中將更多地以光引擎的形式為行業和客戶提供服務。


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                                          麥姆斯咨詢:調頻連續波(FMCW)被業界認為是下一代汽車激光雷達技術路線,英特爾(Intel)也投身其中,您如何看待全球FMCW激光雷達產業化成熟度?在國內方面,與全球領先企業的差距有多大?主要有哪些薄弱環節?


                                          劉敬偉:首先來說這是非??隙ǖ?,FMCW會成為自動駕駛汽車激光雷達的一個主要技術路線。在光通信尤其是相干光通信領域,可以為FMCW激光雷達提供大量成熟技術和產業化落地經驗。由此不難理解像英特爾這樣本身硅光技術及應用積累深厚的公司參與,這對激光雷達行業發展來說是很好的訊息。當然,距FMCW激光雷達大規模產業化還有一段路要走,制約成熟度的主要因素是仍未構建出適用于激光雷達的硅光技術成熟體系。我們也希望更多國內外知名產業鏈企業的加入,這將更快推進FMCW技術在激光雷達領域的廣泛應用。


                                          同樣,我們也看到國內有很多從事硅光芯片技術研究的公司,也逐步涉足激光雷達領域的研究開發工作。我不認為國內企業跟國外領先企業有很大的差距,在激光雷達的應用里大家研究的都是比較新的技術。另外,其復雜度和技術的選擇,跟光通信還是有些不一樣,雖然技術源頭很相似,但是應用差異性很大,國內和國外的公司都在摸索之中。共性的薄弱環節也就是主要攻堅的技術環節,我認為有兩個,第一個就是光源技術,低損耗、高功率、快速調制的低成本相干光源現在是一個很大的瓶頸,第二個核心環節是目前傳統硅光芯片在傳輸損耗上的降低仍然有差距。這兩個薄弱環節從技術參數來說主要體現在兩個方面:測量距離不夠、點頻數不夠。這兩個“不夠”都依賴于光源和芯片全架構損耗的大幅降低加以解決。上述瓶頸恰好都可以通過基于氮化硅的硅光技術來解決,這也正是為什么國科光芯堅定發展自己技術路線的原因。


                                          麥姆斯咨詢:FMCW與光學相控陣(OPA)的結合,有望實現片上激光雷達(LiDAR-on-a-Chip),并可借助CMOS制造工藝極大降低成本和體積,提升可靠性。您認為這一目標還面臨著哪些挑戰?預計何時能夠量產落地?


                                          劉敬偉:正如前面所說,近幾年國科光芯在OPA技術路線上取得了不少的進展,同時也對OPA技術進行了一些深度的思考。實現全固態的激光雷達是全行業共同的發展目標,經過這幾年的發展也有了很多的一些選擇,比如說焦平面技術、波長調諧掃描技術等,這些技術我們都有在深入研發,我們認為可能更好的方式是兩種或者多種固態掃描方式的集成。在實現一個全固態激光雷達目的基礎上,提煉出一個真正適合于產業化應用的、完整的解決方案,這是我們目前的看法。當然不管是哪種掃描技術,都要基于CMOS工藝來極大降低它的成本和體積,這是毋庸置疑的。


                                          我們更多還是考慮全固態方案,OPA是其中一種選擇或一種組合選擇。當前MEMS混合固態以及機械掃描的方式也在逐步地發展,它的成本、可靠性都得到了很大的改善,全固態的方案目前面臨的問題還是落地成本相較當前主流技術太高。我們需要更仔細地去考慮一種組合掃描方式實現全固態,國科光芯將持續加大在這方面的研究投入。針對當前的應用需求,我們將先把基于硅光芯片的FMCW技術產品推出應用,為進一步實現全固態的FMCW方案打好基礎,我預計兩者可能會相差3~5年左右。


                                          麥姆斯咨詢:去年,國科光芯激光雷達事業部正式推出了dToF系列激光雷達產品,并實現了量產。請介紹一下該產品主要性能參數及市場前景如何?


                                          劉敬偉:去年我們針對消費級市場開發并量產了兩款dToF產品(Mini-T4、Coin-D4),這是我們繼三角測距法幾款產品之后的又一重要突破,市場反饋非常好,已銷往國內及海外眾多市場。dToF系列產品在原理特性上有天然的優勢,并且我們為客戶提供了相較同業競品更高的4kHz精準點云,給予場景應用策略更多可能。幾乎可以肯定的是,我們今年dToF產品銷量會全面超越三角法。當然,技術是不斷演進的,我們也在不斷關注和嘗試更多的可能性。


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                                          麥姆斯咨詢:在消費電子和汽車電子兩大激光雷達應用領域,國科光芯的市場戰略如何?


                                          劉敬偉:正如三年前我們的交流,國科光芯創業之初制定的“技術+應用”發展戰略中已經對硅光下沉作了深遠的思考和布局。消費級市場擁有快速應用和大規模需求的先天優勢,這對我們潛心開發包括消費級、車載激光雷達等硅光應用芯片及芯片低成本、規模量產化提供了很好的戰略互補和支撐作用。這也是為什么我們把消費級市場規?;晒鳛榻臧l展重要里程碑之一的原因。


                                          結合上述提及核心能力的夯實、芯片及光引擎產品的開發成果、消費級產品的產業化基礎,我們也在更多地嘗試將基于氮化硅的硅光技術下沉應用至消費電子、工業、車載等領域。


                                          麥姆斯咨詢:請您暢談國科光芯的下一個目標里程碑或未來五年規劃設想?


                                          劉敬偉:國科光芯未來五年的目標分幾個方面闡述:首先,會加大力度持續夯實我們核心能力層面的構建,其中包括了核心材料生長、先進封裝技術、集成光源以及圍繞更多應用的系統集成能力;其次,短期內會集中精力推進相干光源、光纖傳感激光器、FMCW激光雷達光引擎等產品的加快落地,繼續推動大規模產業化。不管怎么說,將技術快速落地是企業發展首先需要考慮的問題,在此基礎上基于硅光芯片規?;瘧眯б婕敖涷?,未來我們會圍繞三大應用方向(傳感、數通、計算)繼續開發、擴展其他技術和產品。


                                          麥姆斯咨詢:2023年9月,您將參加『第34屆“微言大義”研討會:3D視覺技術及應用』并發表主題演講,是否可以先給大家劇透一些內容?


                                          劉敬偉:首先感謝主辦方的再次邀約參與本次“微言大義”研討會,今年還是會像三年前一樣跟大家分享一些我們對激光雷達尤其是基于氮化硅的硅光芯片技術在FMCW激光雷達應用層面的認識和感受。另外,也會跟大家分享一下國科光芯在這一應用方面的最新成果。


                                          來源:王懿,MEMS



                                          免責聲明:本文為轉載文章,轉載此文目的在于傳遞更多信息,版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題,請聯系小編進行處理。


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