เลเซอร์เปล่งพื้นผิวในโพรงแนวตั้งหรือ VCSEL (อ่านว่า “วิกเซล”) ถูกประดิษฐ์ขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1970 และได้เข้าสู่อุปกรณ์สำหรับผู้บริโภค เช่น เมาส์คอมพิวเตอร์และเครื่องพิมพ์เลเซอร์ อย่างไรก็ตาม ขณะนี้ ความต้องการที่พุ่งสูงขึ้นสำหรับการตรวจจับภาพ 3 มิติกำลังผลักดัน VCSEL ไปสู่ดินแดนใหม่ด้วยแอปพลิเคชันที่เกิดขึ้นในสมาร์ทโฟน ยานพาหนะอัตโนมัติ และอื่นๆ เป็นรองประธานอาวุโส
และประธานเจ้าหน้าที่
ฝ่ายเทคโนโลยีของVeecoซึ่งเป็นผู้ผลิตอุปกรณ์ในสหรัฐอเมริกาที่ใช้สำหรับกระบวนการผลิตฟิล์มบางในภาคส่วนอิเล็กทรอนิกส์ไฮเทค เขาได้พูดคุยกับPhysics Worldเกี่ยวกับแอปพลิเคชันใหม่เหล่านี้และความต้องการที่ผู้ผลิตได้รับคุณจะทำ VCSEL ได้อย่างไร?การผลิต VCSEL ส่วนใหญ่
อยู่ในโหมดอินฟราเรด โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 850–940 นาโนเมตรสำหรับการตรวจจับแบบ 3 มิติ และความยาวคลื่นที่ยาวกว่าเล็กน้อยสำหรับการใช้งานอื่นๆ กระบวนการผลิตเริ่มต้นด้วยการปลูก stack ซึ่งประกอบด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ผสมหลายชั้น เช่น แกลเลียมอาร์เซไนด์ จากนั้นคุณกัดอุปกรณ์
เพื่อกำหนดขนาด (โดยเฉพาะในบริเวณที่เปล่งแสง) ออกซิไดซ์ส่วนหนึ่งของพื้นผิวเพื่อกำหนดรูรับแสงของเลเซอร์ และทำการ Passivate นั่นคือป้องกันความเสียหายที่ผนังด้านข้าง สุดท้าย คุณทำการกัดอีกครั้งเพื่อกำหนดขนาดอุปกรณ์โดยรวม และทำการสัมผัสที่ด้านลบหรือด้าน n ของอุปกรณ์
ซึ่งอาจเป็นด้านบนหรือด้านหลังก็ได้ แสงถูกปล่อยออกมาจากด้าน p ของ VCSEL (ดูแผนภาพด้านล่าง)
แต่ละขั้นตอนในการสร้าง การกัด การทับถม และอื่นๆ – คล้ายกับการผลิตชิปซิลิกอนมาก อย่างไรก็ตาม กระบวนการโดยรวมนั้นง่ายมากเมื่อเปรียบเทียบ และขั้นตอนหลังการประกอบก็ตรงไปตรงมามากกว่า
หากพวกเขาทำค่อนข้างง่าย ทำไมเราไม่เห็นพวกเขามากกว่านี้? จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ แอปพลิเคชัน ซึ่งรวมถึงการตรวจจับ 3 มิติ และการเชื่อมต่อระหว่างกันแบบออปติคัลที่ใช้งานอยู่ในภาคโทรคมนาคม ล้วนแต่มีปริมาณค่อนข้างน้อย สิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงหลังนี้คือการตรวจจับ 3 มิติ
กลายเป็นเทรนด์ใหญ่
ในสมาร์ทโฟน โดยเริ่มจากกล้องด้านหน้าที่จดจำภาพใน iPhone X ของ Apple นอกจากนี้ เรายังได้ยินมาว่าผู้ผลิตโทรศัพท์ พร้อมที่จะเข้าสู่ตลาดด้วยคุณสมบัติที่คล้ายกัน ความสามารถทันทีที่คุณเข้าสู่ตลาดสมาร์ทโฟน ปริมาณจะมหาศาล คุณกำลังพูดถึงหน่วยหลายล้านหน่วย
ซึ่งอาจเพิ่มเป็นพันล้านหน่วยเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งต้องใช้แนวทางการผลิตที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ตัวอย่างเช่น เมื่อคุณเปลี่ยนจากเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ขนาดเล็กไปเป็นเวเฟอร์ขนาดใหญ่ขึ้น การควบคุมข้อบกพร่องของเวเฟอร์จะมีความสำคัญมากขึ้น ผู้ผลิต VCSEL กำลังเริ่มนำวิธีปฏิบัติของซิลิคอน
แฟ็บมาใช้เพื่อสร้างอุปกรณ์เหล่านี้ในปริมาณมากเหตุใด VCSEL จึงเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการตรวจจับ 3 มิติตามเนื้อผ้า ผู้คนใช้ LED สำหรับการตรวจจับแบบ 3 มิติ แต่เนื่องจากแสงจาก LED ไม่ได้ปรับให้ใกล้เคียงกัน ประสิทธิภาพจึงมีขีดจำกัด เมื่อใช้เลเซอร์ คุณจะได้ลำแสงที่เรียงต่อกัน
ซึ่งมีความกว้างของเส้นที่แคบมาก และคุณสามารถใช้ลำแสงหลายลำเพื่อสร้างแผนที่พื้นผิวได้ ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ที่ใช้ใน iPhone X เรียกว่า dot Projector และใช้ชุดรูรับแสง VCSEL บนชิปเพื่อฉายรูปแบบแสงเลเซอร์อินฟราเรดไปยังวัตถุที่จะสังเกต รูปแบบนั้นจะถูกบันทึก และสร้างข้อมูล 3 มิติ
จากรูปแบบในรูปแบบตาข่าย กระบวนการทั้งหมดรวดเร็วมาก และเนื่องจากแสงเป็นอินฟราเรด จึงไม่รบกวน คุณลักษณะเหล่านี้เป็นประโยชน์อย่างมากเมื่อเทียบกับทางเลือกอื่นๆ เช่น กล้องถ่ายรูป แม้ว่าคุณจะใช้กล้องสองตัวเพื่อสร้างข้อมูลสามมิติเลเซอร์เปล่งขอบ เนื่องจากวิธีการผลิต
จึงสามารถ
อะไรคือความท้าทายในการสร้าง VCSEL สำหรับแอปพลิเคชันนี้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยขั้นตอนการเจริญเติบโตของ epitaxial และสิ่งสำคัญที่คุณพยายามบรรลุคือการควบคุมความยาวคลื่นที่ดีมาก คุณต้องการให้แน่ใจว่ารูรับแสงทั้งหมดเปล่งแสงออกมาอย่างสม่ำเสมอ
เพราะหากวัตถุที่คุณพยายามจะถ่ายภาพอยู่กลางแสงแดดจ้า คุณต้องใช้ฟิลเตอร์บนตัวตรวจจับเพื่อแยกความแตกต่างระหว่างแสงแดดและแสงที่ฉายโดย อาร์เรย์ VCSEL ยิ่งคุณสร้างฟิลเตอร์ได้แคบเท่าไหร่ คุณก็ยิ่งสามารถกำจัดแสงโดยรอบได้มากขึ้นเท่านั้น ทุกวันนี้
ตัวกรองแบนด์พาสทั่วไปให้ช่วง 20–30 นาโนเมตร และบางแอปพลิเคชัน เช่น LiDAR ต้องการช่วงที่แคบกว่าเพื่อให้สามารถแยกแยะระหว่างสัญญาณและเสียงรบกวนสำหรับวัตถุที่อยู่ห่างออกไป นั่นเป็นเหตุผลสำหรับการควบคุมความยาวคลื่นที่เข้มงวด มิฉะนั้นคุณกำลังสูญเสียโฟตอน
ความท้าทายอีกประการหนึ่งที่ฉันกล่าวถึงก่อนหน้านี้คือการควบคุมข้อบกพร่องบนชิป นี่เป็นปัญหาน้อยลงเมื่อชิปมีขนาดเล็กลงและคุณสามารถทิ้งชิปที่ใช้งานไม่ได้ แต่ถ้าคุณมีชิปในพื้นที่ขนาดใหญ่และรูรับแสงทั้งหมดต้องทำงานเพื่อให้ชิปทำงานได้ คุณต้องทำ แน่ใจว่าอัตราข้อบกพร่องต่ำมาก
แหล่งที่มาหนึ่งของข้อบกพร่องในเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์คือกระบวนการเติบโตของ epitaxial เอง คุณต้องควบคุมองค์ประกอบของวัสดุให้ดี เพื่อไม่ให้เกิดข้อบกพร่องเนื่องจากความเค้นของตาข่ายระหว่างชั้นเซมิคอนดักเตอร์ แหล่งที่มาของข้อบกพร่องอีกประการหนึ่งคือการทับถมของปรสิต
ในระหว่างกระบวนการเจริญเติบโต สิ่งนี้สามารถสะสมอยู่บนผนังของเครื่องปฏิกรณ์ และถ้าพวกมันหลุดออกและตกลงบนแผ่นเวเฟอร์ นั่นเป็นปัญหา ที่ เราได้ปรับปรุงการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีการสะสมของวัสดุที่ไม่ต้องการเหนือระนาบของแผ่นเวเฟอร์บรรจุลงในอาร์เรย์ได้อย่างง่ายดาย โดยมีขอบเขตการเปล่งแสงหลายร้อยแห่งบนชิปตัวเดียว ซึ่งทำได้ยากกว่ามากเมื่อใช้เลเซอร์เปล่งขอบ
credit: worldofwarcraftblogs.com Dialogues2004.com KilledTheJoneses.com 1000hillscc.com trtwitter.com bajoecolodge.com SnebLoggers.com withoutprescription-cialis-generic.com DailyComfortChallenge.com umweltakademie-blog.com combloglovin.com
