一、興業(yè)機(jī)械首席研究員:背景介紹。

 

　　2014 年10 月3 日,奧巴馬宣布將啟動(dòng)“光量子集成制造技術(shù)(IntegratedPhotonics Manufacturing)創(chuàng)新中心”競(jìng)標(biāo),——這也是奧巴馬15 個(gè)制造業(yè)創(chuàng)新中心計(jì)劃的第6 個(gè)實(shí)驗(yàn)室,國(guó)防部將提供1 億美元資金支持,同時(shí)私人部門(mén)投資1 億美元,此次競(jìng)標(biāo)是“美國(guó)制造業(yè)創(chuàng)新中心計(jì)劃”2014 年啟動(dòng)的第2個(gè)項(xiàng)目,奧巴馬早前宣布將在年內(nèi)啟動(dòng)4 個(gè)新項(xiàng)目。

 

　　該創(chuàng)新中心將關(guān)注在美國(guó)發(fā)展“端到端的(end-to-end)光量子集成技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈”,包括代工,集成設(shè)計(jì)工具,自動(dòng)封裝,組裝和測(cè)試,以及人員培訓(xùn)。

 

　　光量子集成技術(shù),將像傳統(tǒng)的激光器、電子通信技術(shù)一樣在通信領(lǐng)域具有廣泛而多樣的應(yīng)用前景。它將帶來(lái)互聯(lián)網(wǎng)傳輸能力的革命,一方面帶來(lái)更高的帶寬容量,另一方面成本更低。

 

　　同時(shí),光量子集成技術(shù)將推動(dòng)醫(yī)學(xué)技術(shù)革命,依托該技術(shù)可以生產(chǎn)比藥片更小,可以在血管中穿梭的微型相機(jī),從而可以無(wú)創(chuàng)(不需要取血)檢測(cè)糖尿病患者的血糖水平。此外,光量子集成技術(shù)還有望將個(gè)人基因測(cè)序的成本從目前的5000 美元降低到1000 美元。

 

　　在國(guó)防領(lǐng)域,光量子集成技術(shù)將會(huì)在顯著提升戰(zhàn)場(chǎng)成像質(zhì)量、雷達(dá)(全光子雷達(dá))性能等方面有廣闊應(yīng)用前景。

 

　　2011 年10 月,國(guó)際知名納米科學(xué)專(zhuān)家王肇中博士后加盟華工科技成為華工首席科學(xué)家,負(fù)責(zé)量子點(diǎn)激光器的研發(fā)和推廣。量子點(diǎn)激光器是最新一代量子工程研究的成果,在國(guó)際上處于技術(shù)前瞻性研究,公司已經(jīng)開(kāi)始工程實(shí)踐性研究,主要集中精力解決了項(xiàng)目最前端的外延材料生長(zhǎng)環(huán)節(jié),包括MOCVD 外延設(shè)備的引進(jìn),外延技術(shù)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)和外延技術(shù)的開(kāi)發(fā),公司主要著重材料和設(shè)備的研發(fā)。

 

　　二、華工科技子公司華工正源總工程師:公司及行業(yè)介紹。

 

　　1. 公司基本情況。

 

　　華工正源光子技術(shù)有限公司成立于2001 年3 月,注冊(cè)資本4.41 億元,是華工科技產(chǎn)業(yè)股份有限公司的核心子公司?，F(xiàn)有員工2000 余人,包括多名業(yè)界資深及海外歸國(guó)的高級(jí)技術(shù)專(zhuān)家,廠房面積21000 平方米,其中超凈化面積10600 平方米,包括2200 平方米千級(jí)以及250 平方米百級(jí)超凈化車(chē)間。正源光子致力于為客戶(hù)提供高性?xún)r(jià)比產(chǎn)品的主流光器件制造商,具備從管芯-TO-器件-模塊垂直整合能力,擁有管芯-TO-器件-模塊大規(guī)模生產(chǎn)線(xiàn),特別是在核心的激光器芯片產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)方面,公司擁有一條自主半導(dǎo)體量子點(diǎn)激光器芯片生產(chǎn)線(xiàn),相關(guān)的MOCVD、光刻機(jī)、PECVD 等相關(guān)測(cè)試檢測(cè)設(shè)備具備每月120 萬(wàn)片的生產(chǎn)能力,在MO 生產(chǎn)技術(shù)方面擁有多項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利。雖然目前公司芯片加工平臺(tái)停留在3-5 微米級(jí)水平,距離實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)激光器大規(guī)模生產(chǎn)仍有差距,但我們有多年從事量子點(diǎn)激光器生產(chǎn)的工程技術(shù)人員,以及他們所積累的在微納加工方面的工藝技術(shù)、激光器測(cè)試經(jīng)驗(yàn),為我們?cè)缛諏?shí)現(xiàn)高端量子點(diǎn)激光器大規(guī)模研發(fā)和生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。公司有覆蓋國(guó)內(nèi)外的銷(xiāo)售服務(wù)網(wǎng)絡(luò),主要客戶(hù)包括華為,中興,谷歌、Cisco、諾西等國(guó)內(nèi)外頂尖系統(tǒng)設(shè)備制造商。

 

　　2. 量子點(diǎn)技術(shù)。

 

　　21 世紀(jì),量子力學(xué)從理論研究走向了實(shí)際應(yīng)用,在量子力學(xué)的框架下,當(dāng)前蓬勃發(fā)展的光電子工業(yè)可以簡(jiǎn)單地看成微電子技術(shù)和光子技術(shù)的結(jié)合體。從電動(dòng)力學(xué)到量子力學(xué)的發(fā)展,半導(dǎo)體量子激光器是實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的元器件,是電子技術(shù)和光子技術(shù)結(jié)合必不可缺的光源,在光電子工業(yè)中,激光器的芯片技術(shù)是整個(gè)工業(yè)的核心基礎(chǔ)。近25 年來(lái),物理激光器的研發(fā)經(jīng)歷了從經(jīng)典到量子的演變:從三維(晶體激光器、半導(dǎo)體二極管激光器等傳統(tǒng)激光器)到二維(量子型激光器FCDIB),從一維(量子線(xiàn)激光器)到零維(準(zhǔn)量子激光器)。激光器的體積越來(lái)越小,光電轉(zhuǎn)換效率越來(lái)越高。量子點(diǎn)激光器是在量子阱與量子線(xiàn)激光器基礎(chǔ)之上,對(duì)注入的載流子進(jìn)行三維量子限制,是目前國(guó)際上半導(dǎo)體激光器研發(fā)的前沿領(lǐng)域。量子點(diǎn)激光器具有獨(dú)特的物質(zhì)性能,比如:比較窄的尖峰式強(qiáng)度分布、量子的共振隧深、非線(xiàn)性光學(xué),因而具有更強(qiáng)的干涉性、更低的閾值電流以及更高的特性溫度,可以極大的改善器件的光電轉(zhuǎn)換性能。在半導(dǎo)體光電器件中,光電的轉(zhuǎn)化是半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)外延片,是由若干個(gè)對(duì)布拉格反射鏡子構(gòu)成的圍槍眼產(chǎn)生激光,與硅晶圓片在電子工業(yè)中的作用類(lèi)似。因此半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的外延片是整個(gè)光電子工業(yè)的基礎(chǔ)材料,對(duì)后期方案的工業(yè)水平起到了決定性的作用。因此,外延片的水平?jīng)Q定了整個(gè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和發(fā)展水平。量子點(diǎn)激光器的技術(shù)難點(diǎn)有2 個(gè):一是制造激光器的材料是外延片,另一個(gè)是激光器制作工藝是微納米技術(shù)。量子點(diǎn)材料制備有2 種方法:一是在半導(dǎo)體的襯底上用光刻腐蝕等微加工技術(shù)制造出一定圖形,再在此圖形上生長(zhǎng)出量子點(diǎn),這是行業(yè)常用方法。另一種是在晶格償付片的體系中用S-K 模式生產(chǎn)出量子點(diǎn)的整粒。國(guó)內(nèi)在實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)激光器量產(chǎn)所需要的關(guān)鍵工業(yè)技術(shù)包括外延片的生產(chǎn)工藝以及微納加工工藝。稍后會(huì)介紹目前 這2 個(gè)技術(shù)工藝在國(guó)內(nèi)外發(fā)展水平。

 

　　3. 量子點(diǎn)激光器的應(yīng)用前景。

 

　　半導(dǎo)體激光器在民用軍用方面均有極大運(yùn)用途徑。民用方面涉及:光纖通信、平面顯示、新一代光伏器件、單光源器件、激光打標(biāo)以及光存儲(chǔ)。軍用方面涉及:各類(lèi)激光武器、激光雷達(dá)、激光測(cè)速器等。隨著信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展,下一代網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算功能以及高速光通訊等發(fā)展要求整個(gè)傳輸容量越來(lái)越大,帶寬越來(lái)越高,光電轉(zhuǎn)化效率要求越來(lái)越高、對(duì)能耗功耗要求越來(lái)越嚴(yán)格,對(duì)信息傳輸保密性的要求越來(lái)越強(qiáng),從而對(duì)核心光器件的要求越來(lái)越高。這個(gè)核心量子點(diǎn)激光器具備低閾值電流、高通訊保密性,高光轉(zhuǎn)換效率、更強(qiáng)的干涉性,這些特點(diǎn)使其能取代傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器。量子點(diǎn)激光器這些特點(diǎn)可以極大地改善性能,能在高速光通訊、量子通訊、圖像顯示、精密制造、導(dǎo)航、高功率激光武器等方面得到巨大的應(yīng)用,是國(guó)際上極受關(guān)注的前沿研究領(lǐng)域。此外,因其極低的閾值電流、良好的溫度穩(wěn)定性,在光纖入網(wǎng)具有大規(guī)模應(yīng)用前景,可以極大降低能耗,達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。量子點(diǎn)激光器技術(shù)將應(yīng)用在下一代網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算工程集成的線(xiàn)路。

 

　　4. 國(guó)內(nèi)外量子點(diǎn)激光器發(fā)展現(xiàn)狀。

 

　　準(zhǔn)量子點(diǎn)激光器芯片在國(guó)內(nèi)外光電行業(yè)有大規(guī)模應(yīng)用,比如PDSU 等公司掌握了這些核心技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有廠家能夠大批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)量子點(diǎn)激光器。比如:日本公司,他們生產(chǎn)的量子點(diǎn)激光器能在220 度的溫度下運(yùn)作,功率達(dá)到30 毫瓦;英國(guó)808 納米級(jí)量子點(diǎn)激光器工作溫度可達(dá)180 度,在該溫度下,軍事衛(wèi)星、彈體有廣闊應(yīng)用空間。目前量子點(diǎn)激光器整個(gè)極限工作溫度為95 度,激光器單個(gè)晶體輸出功率達(dá)幾百甚至一千毫瓦,可以輸出更大功率;加拿大溫哥華計(jì)劃利用量子點(diǎn)激光技術(shù)來(lái)打造數(shù)據(jù)中心,應(yīng)用低成本光接收器,用于500 到1000G 的高速通訊,他們宣稱(chēng)這種技術(shù)能大幅度降低光電子器件成本。目前,國(guó)內(nèi)量子點(diǎn)激光器基礎(chǔ)研究水平已達(dá)國(guó)際前沿。比如,中國(guó)半導(dǎo)體所、上海技術(shù)物理所、中國(guó)科技大學(xué)和南京大學(xué)科研單位整個(gè)基礎(chǔ)研究水平取得了不錯(cuò)的成果,并在國(guó)內(nèi)獲得一些獎(jiǎng)項(xiàng),也在國(guó)際著名期刊發(fā)表了不少文章。量子點(diǎn)激光器經(jīng)過(guò)二十多年的研究與發(fā)展,已形成比較系統(tǒng)的理論和加工基礎(chǔ)。一些發(fā)達(dá)國(guó)家,比如日本、美國(guó)、加拿大、俄羅斯,投入大量資源用于研究開(kāi)發(fā),他們的大規(guī)模應(yīng)用指日可待。我們公司基于這樣的應(yīng)用前景,結(jié)合目前基礎(chǔ)、資源,策劃這樣一個(gè)項(xiàng)目。

 

　　5.項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)組成。

 

　　正源公司量子點(diǎn)激光器研發(fā)團(tuán)隊(duì)組成,以正源自身半導(dǎo)體激光器研發(fā)團(tuán)隊(duì)為核心實(shí)施研發(fā),在王肇中博士的指導(dǎo)下進(jìn)行預(yù)研和工藝設(shè)備選型,同時(shí)需要再引進(jìn)3-4名業(yè)內(nèi)專(zhuān)業(yè)量子點(diǎn)技術(shù)人員,在正源已有的工藝平臺(tái)和量子點(diǎn)工藝平臺(tái)建設(shè)的基礎(chǔ)上實(shí)施量子點(diǎn)激光器的預(yù)研和研發(fā)工作。

 

　　6.項(xiàng)目進(jìn)展情況。

 

　　量子點(diǎn)激光器是新一代量子工程研究成果,目前工程實(shí)質(zhì)性研究處于剛剛起步階段,離商用和批量化生產(chǎn)仍有一段時(shí)間。整個(gè)研發(fā)投入巨大,預(yù)期前期(包括廠房)3 個(gè)億左右,后期隨著產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)可能會(huì)繼續(xù)加大投入。整個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)人員要求比較高,特別對(duì)于涉及材料、半導(dǎo)體、微納加工、光電、熱學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的人員,需要一批高素質(zhì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)。目前計(jì)劃隨著進(jìn)程推進(jìn),在現(xiàn)有團(tuán)隊(duì)基礎(chǔ)上,從國(guó)內(nèi)外引進(jìn)3 名在相關(guān)領(lǐng)域有豐富工作經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)家。項(xiàng)目從量子工程延續(xù)到性能測(cè)試評(píng)估,涉及整條供應(yīng)鏈,因而預(yù)期整個(gè)研發(fā)周期為5 年左右。預(yù)計(jì)外延片的研發(fā)需要2-3 年,包括后面封裝測(cè)試等等。目前項(xiàng)目正在認(rèn)證,希望通過(guò)充分認(rèn)證,能更清楚地評(píng)估投入、收益、效率。