这20年来,VCSEL在应用了氧化物结构之后实现了转换效率从10%向40%的一路提升,此后主流量产VCSEL芯片一直维持在35-40%左右。
同理,在大功率激光器中应用的泵源芯片,光电转换效率在突破70%之后很难在保证可靠性的条件向更高效率演进。
此外,在高低温下保证同样的高效率,同时兼顾器件工业级可靠性和远场(Far-field)/近场(Near-field)光源质量,这非常考验设计团队对材料特性的理解和整体结构的把控。
仟目激光的研发总监杨旭博士提到,在去年8月份完成第一代VCSEL量产之后,公司就在构思下一代产品的演进。“光电功率器件不同于传统集成电路半导体器件的设计,后者拥有整套的设计流程和仿真系统,有时可以通过局部的优化实现整体性能的提升。我们做的VCSEL是一种功率模拟器件,对某一层进行优化有时候反而会影响整体性能,所以对于产品性能提升需要在多个维度同时进行调整。如同让一辆车跑的更快,需要同时对其内在动力系统和外观风阻设计通盘考虑一样。
"当然这是大家一起努力的故事”
(天枢1.2W的芯片的光电转换效率在50°C下可达44%)
据了解,仟目激光由一批海外归国的业界最优秀的博士工程师团队所组建,基于多年的经验积累,仟目团队重新设计并自主研发了性能优异的VCSEL芯片,并实现了工业级VCSEL的芯片量产。对于VCSEL芯片,光电转换效率是一项关键的性能指标,更高的效率意味着更少的电能消耗,更低的工作温度,输出更高功率的激光,这对于消费电子至关重要。在这项关键指标上,仟目激光去年已经实现了VCSEL在0-50°C全工作温度下,均到达40%的转换效率,位于国际头部水平。
基于对于自身的严格要求,和对于性能完美的不断追求,仟目持续不断的进行着芯片研发领域的投入,在已有的芯片设计和工艺基础上进行改进,做到“快速迭代,小步快跑”,积累了大量的经验。目前从量产水平上,50°C的光电转换效率可以到达44%,该性能指标已经达到甚至超越了世界一流工业级水平。
(上图:天枢二代芯片50°C下晶圆级PCE分布)
*https://www.osa-opn.org/
同时,可靠性是反映芯片质量的另一个重要维度,它考验了芯片的设计和工艺水平。仟目激光对于芯片的可靠性一直有着执着的追求,在大量的实验中,仟目芯片经历85°C环境高温、高注入电流,能够运行1000小时以上,等效工作时间大于32万小时,且并未见到光功率的衰减(见下图左)。芯片的百万坏点数远少于业界平均水平(见下图右)。事实证明该芯片不仅可远远满足消费级别的应用,其高可靠性更可以胜任安防和工业级三维机器视觉的应用。
诚于中者,形于外。仟目激光以诚达道,故而可以做出顶尖性能的芯片。同时仟目全体成员奋勇不止、砥砺前行,苟日新,日日新,又日新,唯有如此方能在日新月异的时代,以质量取胜,成为行业的中流砥柱。