麦姆斯咨询 | 2021-11-19至2021-11-21 | 无锡新吴区(点此查看)

从数据通信到智能手机,从扫地机器人到自动驾驶汽车,VCSEL应用不断“开疆拓土”,未来发展前景可期。在本次培训中,麦姆斯咨询邀请在VCSEL产业中拥有丰富实践经验的企业家及科研学者,为大家传授VCSEL知识及技术经验。

主办单位:麦姆斯咨询

协办单位:上海传感信息科技有限公司、华强电子网


一、课程简介

2017年,苹果(Apple)公司发布的iPhone X智能手机前置了散斑结构光系统,从而开启了3D传感时代,同时也带火了整个VCSEL产业——市场规模迅速扩大,创业公司层出不穷,技术进步日新月异。但是,为了实现3D传感功能,苹果不得不牺牲全面屏——在OLED显示屏留下“齐刘海”。为了“减掉”不美观的“齐刘海”,智能手机结构光系统采用的VCSEL光源有可能从近红外(940 nm)转变为短波红外(1300~1400 nm),以穿透OLED显示器实现3D传感功能。光源波长的这一转变会对VCSEL产业链造成深远的影响,例如衬底材料将从砷化镓(GaAs)转变为磷化铟(InP)——此时6英寸GaAs晶圆已经成熟,而InP晶圆还处于2英寸/3英寸晶圆阶段,因此对制造环节提出了极高的要求。相应地,在3D传感接收端——光电探测器的感光材料方面也要求从硅(Si)转变为铟镓砷(InGaAs)或量子点。


 VCSEL在传感应用领域的重要进展

VCSEL在传感应用领域的重要进展


苹果iPhone X前置散斑结构光系统,实现3D人脸识别(Face ID)功能

苹果iPhone X前置散斑结构光系统,实现3D人脸识别(Face ID)功能


VCSEL:红外光谱 vs. 衬底材料

VCSEL:红外光谱 vs. 衬底材料


可寻址、多结成为VCSEL发展方向。2020年,苹果公司发布的新款iPad Pro和iPhone 12 Pro系列手机都搭载了基于dToF技术的激光雷达,其中集成的可寻址VCSEL阵列由Lumentum提供,该VCSEL阵列采用共阴极设计,阳极有四个区域,驱动信号可以分别控制阳极四个区域中的一个,实现分区点亮。可寻址VCSEL阵列具有以下优点:(1)有效控制出光区域,可提升峰值功率;(2)通过合适的系统设计,可实现系统级抗干扰能力;(3)具有更好的发光效率,可节约系统功耗;(4)散热性能更好。


Lumentum可寻址、多结VCSEL产品系列

Lumentum可寻址、多结VCSEL产品系列


随着汽车激光雷达的市场需求增长,多结VCSEL阵列成为全球领先厂商的重点布局产品。相比单结VCSEL,多结VCSEL可以:(1)提升PCE(电光转换效率),降低功耗;(2)提供更高的功率密度,对光学系统设计更加友好;(3)提高斜率效率,对激光驱动器更加友好;(4)提供更高的峰值功率,扩大测距工作范围;(5)降低激光器的“每瓦成本(Cost per Watt)”。2020~2021年,全球主要厂商陆续发布了双结和三结VCSEL产品,而领头羊Lumentum则在2021年3月首发五结和六结VCSEL阵列,每个发射孔的光功率超过2W,从而使得1平方毫米VCSEL阵列的峰值功率超过800W。


传感应用的VCSEL发展趋势(来源:麦姆斯咨询)

传感应用的VCSEL发展趋势(来源:麦姆斯咨询)


作为苹果VCSEL的主要供应商,两大国际巨头——Lumentum和II-VI占据了市场主要份额。由于3D传感创新应用不断涌现,VCSEL产业整合行为接连发生:2017年7月艾迈斯半导体(ams)完成收购Princeton Optronics;2018年5月欧司朗(OSRAM)宣布收购Vixar;2019年4月通快(TRUMPF)完成收购飞利浦光电子(Philips Photonics);2019年9月II-VI完成收购Finisar;2020年7月ams宣布成功收购OSRAM,并与2021年3月完成合并成为新的公司——艾迈斯欧司朗(ams OSRAM)。2020年11月Lumentum宣布收购TriLumina。


传感应用的VCSEL芯片代表厂商(来源:麦姆斯咨询)

传感应用的VCSEL芯片代表厂商(来源:麦姆斯咨询)


中国VCSEL厂商以创业型为主,源于众多国际大厂海归专家与本土人才共同掀起创业热潮,主要集中在长三角和珠三角地区。长三角地区包括纵慧芯光、睿熙科技、长光华芯、华芯半导体、度亘激光、老鹰半导体;珠三角地区包括博升光电、柠檬光子、瑞识科技、新亮智能;此外还有总部位于武汉的仟目激光。此外,中国LED上市厂商(例如三安光电、乾照光电、华灿光电)也积极投身于VCSEL热潮之中。


从数据通信到智能手机,从扫地机器人到自动驾驶汽车,VCSEL应用不断“开疆拓土”,未来发展前景可期。在本次培训中,麦姆斯咨询邀请在VCSEL产业中拥有丰富实践经验的企业家及科研学者,为大家传授VCSEL知识及技术经验。课程内容包括:(1)VCSEL技术及产业综述;(2)半导体激光芯片材料;(3)VCSEL设计;(4)汽车激光雷达应用的高功率VCSEL;(5)VCSEL外延及芯片制造工艺;(6)VCSEL封装;(7)低功率、连续波VCSEL驱动电路;(8)VCSEL成品测试;(9)高功率、窄脉宽VCSEL驱动电路。


二、培训对象

本课程主要面向VCSEL、EEL及LED产业链上下游厂商,以及VCSEL应用(3D摄像头、激光雷达、智能硬件、数据通信等)厂商的技术人员和管理人员、高校师生,同时也欢迎其他希望了解VCSEL产业的非技术背景人员参加,如销售和市场人员、投融资机构人员、政府管理人员等。


三、培训时间

2021年11月19日~11月21日

授课结束后,为学员颁发麦姆斯咨询的结业证书。


四、培训地点

无锡市(具体地点以培训前一周的邮件通知为准)


五、课程内容

课程一:VCSEL技术及产业综述

老师:瑞识科技(深圳)有限公司 联合创始人兼副总经理 贺永祥

自1977年日本东京工业大学的伊贺健一提出VCSEL概念起,VCSEL以较低的功耗和有竞争力的价格等优势被应用于短距离光通信领域。如今,VCSEL已经渗透至消费电子(如智能手机和平板电脑)、汽车和工业等众多领域,实现了更多的高价值传感功能。本课程从半导体激光器入手,深入讲解VCSEL技术及产业化进展,为掌握后续课程打牢基础。

课程大纲:
1. 半导体激光器概述;
2. VCSEL概念、分类、特点及应用领域;
3. 传感应用的VCSEL产业化进展;
4. VCSEL芯片+封装+光学集成技术;
5. VCSEL芯片量产供应链及关键环节介绍;
6. 基于VCSEL的光学传感系统优化;
7. VCSEL未来展望,包括新结构、新材料和新技术。


课程二:半导体激光芯片材料

老师:江苏华兴激光科技有限公司 总经理 罗帅

半导体激光器的常用工作物质主要有砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)、硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)等。20世纪80年代以后,由于引入了能带工程理论,同时涌现了晶体外延材料生长工艺,例如分子束外延(MBE)和金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)等,量子阱激光器登上历史舞台,大大提升了器件性能,实现了高功率输出。本课程从半导体激光芯片材料入手,详细讲解外延生长工艺,以及微纳结构检测与分析。

课程大纲:
1. 半导体激光芯片材料概述;
2. 砷化镓、磷化铟基半导体激光芯片材料外延;
3. 大晶格失配InAs/InP量子阱(点)外延;
4. 半导体激光芯片材料微纳结构检测与分析;
5. 半导体激光芯片材料的器件应用:VCSEL、DFB;
6. 半导体激光芯片材料供应商及全球格局。


课程三:VCSEL设计

老师:浙江睿熙科技有限公司 联合创始人兼副总经理 汪辰杲

VCSEL主要结构由p型和n型两个分布式布拉格反射镜(DBR)及中间的有源区构成,DBR由厚度为激光波长四分之一的高折射率材料和低折射率材料交替组成,有源区中的“电泵浦”量子阱或量子点提供光增益。VCSEL腔长量级与波长相近,容易实现单纵模激射。本课程从VCSEL工作原理及设计理论出发,深入讲解VCSEL总体结构和核心部分的设计,并结合不同的形态、出光口、波长、功率和3D传感方案来分析VCSEL设计差异,开启VCSEL设计的精彩之旅!

课程大纲:
1. VCSEL工作原理及技术演进;
2. VCSEL设计理论:速率方程、光电特性分析、模式增益、镜面反射、有效腔体结构、边界效应;
3. VCSEL总体结构设计;
4. VCSEL反射镜、光腔、氧化层设计;
5. 多结VCSEL;
6. 可寻址VCSEL;
7. 顶部出光VCSEL vs. 底部出光VCSEL;
8. 基于InP的长波长VCSEL及屏下传感应用;
9. 结构光VCSEL vs. 飞行时间(ToF)VCSEL;
10. 全球主要VCSEL厂商及产品。


课程四:汽车激光雷达应用的高功率VCSEL

老师:常州纵慧芯光半导体科技有限公司 联合创始人兼亚太区首席执行官 陈晓迟

多结VCSEL将多个PN偏置结在垂直方向上串联,相比单结VCSEL能输出更高的峰值功率,并提供更佳的信噪比,所需驱动电流更小,有助于降低整个系统的功耗。在相同光功率需求下可减小芯片尺寸,相比单结VCSEL优势明显,从而成为未来汽车激光雷达光源的最佳选择。本课程将为学员分析被业界广为看好的多结、可寻址VCSEL阵列技术及应用前景。

课程大纲:
1. 车载激光雷达主要光源(光纤激光器、EEL、VCSEL)的工作原理和优劣势分析;
2. 车载激光雷达对VCSEL提出的主要性能参数要求;
3. 用于车载激光雷达的VCSEL可靠性认证项目及标准;
4. 高功率VCSEL设计、制造、封装流程及关键技术;
5. 多结、可寻址VCSEL阵列技术现状及发展趋势分析;
6. VCSEL产业链及主要供应商情况。


课程五:VCSEL外延及芯片制造工艺

老师:苏州长光华芯光电技术股份有限公司 VCSEL事业部产品经理 刘恒

VCSEL产业链对VCSEL制备技术的依赖程度很高,领先的VCSEL厂商往往采用自建生产线的IDM或Fablite模式。这是因为VCSEL制备工艺非常复杂,累计工序超过100道。其中,外延生长是VCSEL制备工艺的核心环节,其工艺水平对产品性能有着决定性的影响。本课程从VCSEL外延生长和芯片制造工艺、关键设备和材料、晶圆级测试和可靠性监控等方面详细讲解VCSEL制备过程的要点和难点。

课程大纲:
1. VCSEL外延生长:外延结构、生长流程、外延设备、外延片测试、常见问题及解决方案;
2. VCSEL芯片制造工艺:芯片结构、单项制造工艺(光刻、刻蚀、氧化、沉积、蒸镀、减薄等)及制造设备、典型VCSEL芯片工艺流程、常见问题及解决方案;
3. VCSEL晶圆级测试:测试项目及意义、测试设备、常见问题及解决方案;
4. VCSEL质量控制及失效分析;
5. VCSEL芯片测试及结果分析;
6. 全球VCSEL外延厂及芯片制造代工厂。


课程六:VCSEL封装

老师:浙江老鹰半导体技术有限公司 首席科学家 莫庆伟

在常规的VCSEL封装中,VCSEL芯片通过若干金线与焊盘建立电气连接,但是金线,以及基板和引脚会引入一定杂散参数,从而影响驱动电路性能和光源发光波形。另外,高功率VCSEL工作过程中会产生大量热,如果不解决散热问题,会严重影响发光性能。因此,我们需要针对具体应用需求,采用合适的封装类型,最大程度优化VCSEL器件性能。本课程详解VCSEL封装结构设计及制造工艺,并对封装的热特性进行分析。

课程大纲:
1. VCSEL封装类型及封装工艺;
2. LED封装 vs. VCSEL封装;
3. 典型VCSEL封装结构设计;
4. 封装对VCSEL性能影响;
5. VCSEL封装热特性及热管理;
6. VCSEL封装技术展望。


课程七:低功率、连续波VCSEL驱动电路

老师:无锡矽瑞微电子股份有限公司 副董事长 喻明凡

与直接测量飞行时间的dToF技术不同,常用的iToF技术则是通过发射特定频率的调制光,检测反射的调制光和发射的调制光之间的相位差来间接测量飞行时间。因此,与dToF所需的短脉冲激光驱动不同,iToF则需要连续波激光驱动。本课程针对消费电子产品需求,讲授iToF VCSEL驱动电路原理、设计理论、仿真分析、电路实现,以及制造和封测。

课程大纲:
1. 消费电子产品对VCSEL驱动电路需求概述;
2. VCSEL动态模型建立;
3. iToF VCSEL驱动电路设计与分析;
4. 驱动电路与VCSEL耦合方式;
5. iToF VCSEL驱动电路制造及封测;
6. VCSEL驱动电路主要供应商。


课程八:VCSEL成品测试

老师:柯泰测试技术有限公司 光电产品总监 段力维

测试是保证VCSEL产品性能的关键环节之一,但是在新兴的3D传感和激光雷达应用领域,VCSEL成品测试技术并不成熟,这直接影响到芯片、模组及系统厂商的产品推进速度。本课程希望为您答疑解惑:VCSEL成品测试有哪些关键项目?VCSEL测试方法及流程如何?常见VCSEL测试设备有哪些?……通过本课程学习,您还可以节省VCSEL产品开发中的隐性成本,并提升效率。

课程大纲:
1. VCSEL静态特性和动态特性;
2. VCSEL小信号调制特性;
3. LED测试 vs. VCSEL测试;
4. 单点VCSEL测试 vs. 阵列VCSEL测试;
5. dToF VCSEL测试 vs. iToF VCSEL测试;
6. VCSEL发光模组的测试项目及意义、测试方法及流程;
7. VCSEL测试效率提升方法;
8. 常见VCSEL测试设备及能力介绍;
9. 全球VCSEL测试产业链及主要厂商。


课程九:高功率、窄脉宽VCSEL驱动电路

老师:复旦大学 高级工程师 邱剑

由性能卓越的高功率激光器驱动的激光雷达(LiDAR)如今俨然成为自动驾驶汽车背后的主要驱动力。激光雷达的光源采用红外激光器,例如VCSEL和EEL,可为自动驾驶汽车创建现实世界的实时3D图像。汽车激光雷达需要极短的激光脉冲,高频发射的脉冲产生更多的数据点,信号质量更佳,并且快速上升和下降的时间至关重要。本课程针对汽车激光雷达需求,阐述VCSEL驱动电路设计理念,并展望未来发展。

课程大纲:
1. 激光雷达对激光器驱动电路需求概述;
2. 高功率、窄脉冲VCSEL驱动电路设计与分析;
3. 高功率、窄脉冲VCSEL驱动电路参数测量与验证;
4. 封装对高功率VCSEL窄脉冲发光特性的影响;
5. 激光雷达VCSEL驱动电路未来展望。


六、师资介绍

贺永祥,博士,瑞识科技联合创始人兼副总经理。博士毕业于美国加州大学伯克利分校,此后在美国硅谷有超过二十年的半导体光芯片研发和生产经验。工作期间在多家世界著名VCSEL公司从事芯片设计和产品开发,并参与领导实施从产品开发到大规模量产的转化工作,帮助所负责的VCSEL产品成为全球市场顶尖品牌。目前,他在瑞识科技负责VCSEL芯片开发,带领团队开发出完善的VCSEL系列产品,并成功将产品导入多家行业标杆客户。


罗帅,博士,国家“万人计划”专家。2013年毕业于中国科学院大学微电子学与固体电子学专业,获工学博士学位,现任江苏华兴激光科技有限公司总经理,中国科学院半导体研究所副研究员。罗帅主要从事半导体激光芯片材料外延及器件应用方面的研究,特别是在砷化镓、磷化铟基半导体激光芯片材料外延生长方面拥有深厚的一线经验积累,并取得了一系列创新性成果:(1)研制出高性能808nm、905nm、915nm、976nm、1064nm FP/DFB系列激光晶圆产品,并实现量产。(2)研制出通信用1270-1330nm波段2.5G小发散角、10G、25G系列激光晶圆产品,并实现量产。(3)成功地解决了大晶格失配InAs/InP量子阱(点)外延制备技术难题,所制备的2英寸1.9-2.3微米外延晶圆波长不均匀性低于±3nm,激光器阈值电流密度低至150 A/cm²,达到同类器件国际先进水平。迄今,在Opt. Express,IEEE Photon. Technol. Lett.等国际刊物上已发表SCI期刊论文20余篇,重要的国际、国内会议论文20余篇,申请专利11项,获授权5项。他作为主持及核心骨干参与完成多项国家及省级研发项目,包括国家重点研究计划、国家自然科学基金及江苏省重点研发计划等。2016年合伙创建江苏华兴激光科技有限公司,注册资本5320万元,投资超过4亿元,建成了建筑面积2.3万平米的生产厂房,拥有过亿元的高端半导体产线设备,致力于将具有自主知识产权的高端半导体激光芯片材料技术产业化。他先后获得科技部科技创新创业领军人才、“创客中国”中小企业创新创业大赛全国二等奖、中国创新创业大赛新材料全国二等奖、中国青年创新创业大赛全国银奖、江苏科技创新创业大赛新材料一等奖等。


汪辰杲麦姆斯咨询“2020年度最受欢迎讲师”,博士,VCSEL器件专家,具有世界500强企业VCSEL器件研发与生产的资深经验。汪博士本科毕业后,赴美留学深造,专攻半导体光学,获得光学科学与工程博士学位,研究成果扎实,并在美国积累了10年以上科学研究及世界500强企业研发生产的工作经验。回国后作为最年轻的联合创始人之一,他与其他三位合伙人共同创立浙江睿熙科技有限公司,带领团队在VCSEL芯片研发生产方面取得突破性进展,填补了国内VCSEL技术空白,成为国内VCSEL技术产品带头人。公司已成功开发出应用于3D传感和成像的阵列VCSEL芯片,应用于光通信的单点高速率VCSEL芯片,以及应用于车载领域的大功率VCSEL阵列芯片。产品性能已达到国际一流水平,并已实现大批量量产出货,获得市场肯定。


陈晓迟麦姆斯咨询“2019、2020年度最受欢迎讲师”,现任常州纵慧芯光半导体科技有限公司联合创始人兼亚太区首席执行官。他博士毕业于美国斯坦福大学,师从全球著名科学家James Harris教授(美国工程院院士),拥有10年以上的光电芯片研发制造经验,在多家国际权威期刊和会议上发表论文近30篇,曾任世界著名芯片晶圆生产厂商GlobalFoundries高级研发工程师,参与全球最先进芯片生产工艺7nm研发工作。对光电芯片有资深研究,熟知当前最新的3D传感技术应用、芯片工艺制造等,并成功带领纵慧芯光于2018年进入顶级智能手机供应链。


刘恒,中国科学院半导体研究所博士,四川大学与苏州长光华芯光电技术股份有限公司联合培养博士后。2018年7月至今,在长光华芯担任研发部高级工程师及VCSEL事业部产品经理。刘恒博士拥有多年的半导体行业研究及从业经验,加入长光华芯后,领导或参与了多项VCSEL产品研发及产业化项目,推出了具有国际先进水平的2W/3W 940nm VCSEL芯片,其电光转换效率达到43%,开发了面向车载激光雷达的940nm/905nm多结VCSEL芯片,电光转换效率达到62%,相关成果在2021年美国西部光电展(Photonics West)上进行了展示。他还参与建立了国内第一条VCSEL六英寸量产线,并于2019年实现了量产线的正式投产。


莫庆伟,博士,国家光电子领域“特聘专家”。他本科毕业于清华大学材料科学与工程系,硕士毕业于中科院半导体所,于美国德克萨斯大学奥斯汀分校研究VCSEL与量子点激光器获得博士学位,致力于半导体发光材料与芯片器件的研究和产业化近20年。现任浙江老鹰半导体技术有限公司首席科学家,带领团队实现大功率光电子器件技术的突破,荣获Global Frost & Sullivan Award for Technology Innovation、Daimler Special Award for Innovation等奖项。


喻明凡,无锡矽瑞微电子股份有限公司(SiRise)副董事长,中国科技大学硕士,主要从事模拟集成电路研发和管理工作,在模拟集成电路设计方面有超过20年的工作经验,矽瑞微电子拥有自主知识产权的混合信号和电源管理集成电路创新技术,产品主要分布在飞行时间(ToF)VCSEL驱动、电源管理和可控硅调光LED驱动等领域。


段力维麦姆斯咨询“2020年度优秀讲师”,柯泰测试技术有限公司光电产品总监,主要从事光通信及消费类VCSEL测试方案的开发和应用。他曾供职于烽火通信、Oplink等公司,在光通信行业有10年以上的光电产品测试经验。目前,柯泰测试已为VCSEL产业链上下游多家企业提供测试解决方案和咨询服务。


邱剑,博士,2004年和2007年分别获得华中科技大学学士与硕士学位,2014年获得复旦大学博士学位。2007年至今,就职于复旦大学信息科学与工程院。现任复旦大学信息科学与工程学院高级工程师,硕士生导师。主要研究方向:高功率电子学、脉冲功率技术以及大功率激光雷达及应用。他还担任中国电工技术学会等离子体及应用专业委员会委员,中国核学会脉冲功率技术及其应用分会理事。他曾主持和参与研究多项国家自然科学基金青年项目、面上项目及重点项目、国防军工等项目,已发表SCI及EI论文70余篇,授权专利30余项。此外,他还指导研究生获得全国互联网+创新创业大赛全国铜奖。


七、培训费用和报名方式咨询

请发送电子邮件至BISainan@MEMSConsulting.com,邮件题目格式为:报名+VCSEL培训+单位简称+人数。


麦姆斯咨询
联系人:毕女士
电话:18921125675
E-mail:BISainan@MEMSConsulting.com


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第37期“见微知著”培训课程:气体传感与检测技术

气体传感器是保障人类健康与安全的重要感知技术,未来在汽车与消费电子的“双轮”驱动之下,将保持快速发展的势头。为此,麦姆斯咨询精心策划了气体传感与检测技术课程。


第38期“见微知著”培训课程:VCSEL技术及应用

从数据通信到智能手机,从扫地机器人到自动驾驶汽车,VCSEL应用不断“开疆拓土”,未来发展前景可期。在本次培训中,麦姆斯咨询邀请在VCSEL产业中拥有丰富实践经验的企业家及科研学者,为大家传授VCSEL知识及技术经验。