垂直腔面发射激光器 (VCSEL)

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量子传感器,新突破!
半导体行业观察· 2025-04-05 10:35
量子传感创新行业影响 - 量子传感器相比传统传感器灵敏度大幅提升,可实现全新传感功能,多个行业将受益包括原子钟、量子磁力仪、量子陀螺仪等 [2] - 量子传感器商业化需优化尺寸、重量、功率和成本(SWaP-C),最成功方法是通过高度可扩展的半导体制造工艺生产 [2] - 融入量子传感器价值链的半导体工厂将获得最大回报 [2] 蒸汽室技术发展 - 玻璃蒸汽室是使用原子干涉法的量子传感器核心组件,包括量子射频传感器、加速度计、陀螺仪、芯片级原子钟和OPM [5] - 传统吹制玻璃技术存在光散射问题且尺寸微小化受限,晶圆级半导体制造工艺可批量生产高度规则的蒸汽室 [5] - 蒸汽室制造工艺创新包括使用替代玻璃、各种蚀刻和粘合技术及薄膜涂层 [5] 激光技术进展 - 激光器是量子传感器关键组件,需保持波长稳定性和功率同时降低尺寸和成本 [7] - 垂直腔面发射激光器(VCSEL)可在晶圆级大规模制造,允许组件堆叠实现芯片级量子传感器 [7] - VCSEL需求因智能手机、汽车红外摄像头和数据中心应用大幅增长,波长范围700-900nm的VCSEL对原子量子传感器至关重要 [7] 商业化挑战与解决方案 - 量子传感器面临"鸡和蛋"问题:高生产成本限制市场规模,小批量制造导致成本居高不下 [9] - 业界正推动产学研结合和"量子代工厂"模式,集中生产设施以降低成本 [9] - 半导体代工厂投资降低制造成本可打开更大市场,包括计时、磁场传感和惯性传感等领域 [10] 市场应用案例 - Microchip自2011年起使用VCSEL和微加工蒸汽室实现芯片级微波原子钟商业化 [8][10] - Trumpf等公司已专门为量子传感市场开发VCSEL [8] - 芯片级量子陀螺仪、加速度计和下一代原子钟将依赖VCSEL等芯片级激光二极管 [8]