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探锐科技:高灵敏度探测器技术研发与市场推广领航者

2021-02-25 09:32:46
云上高博会 https://heec.cahe.edu.cn
关键词: 探测器
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所属领域:
新一代信息技术
产品服务:

光电探测器在量子科技、三维成像、激光雷达、生物医学等方面有着广泛应用,被誉为是无人驾驶、无人机、智能机器人等关键设备的眼睛。目前我国在针对极微弱光的探测器主要依赖进口,北京探锐科技有限公司(创业团队拟注册)基于中央民族大学光电实验室和中科院半导体所的自主研发成果和知识产权开展成果转化,开展基于光通讯波段及可见光波段高灵敏度探测器的产业化,微光成像芯片的设计、加工及销售服务。目前已拥有三五族化合物探测器和微型硅基探测器等产品,从材料和器件结构上进行优化和创新,国内首创的高速、低噪APD单光子探测器件设计与制备已达到国际领先水平。团队拥有国家发明专利3项、在申专利10余项,荣获国家自然科学基金、科技部重点研究项目等20余项成果。

本团队属典型的师生共创,李传波教授为团队的技术带头人、国家特聘专家,“青年千人计划”的核心骨干,常年从事半导体光子材料与器件、能源光子器件开发与研制,目前也是中科院半导体研究所教授和中央民族大学教授。梁岩带领的学生核心创业团队包括理学院、经管学院的硕士和博士生。团队主创人员有多年的海外工作经历,也有中科院半导体所的工作经历,也有自主知识产权,可以设计并达到国际领先的参数,实现其进口替代。除了技术之外,最大的优势是成本优势。团队依托主创人员多年来半导体光电材料与芯片的研究工作,有多年海外知名高校及中科院半导体所研究经历,为项目提供强大的技术支撑。初创期间采用产学研相结合的方式,芯片的生产在实验室生产,公司是进行宣传包装、销售。未来规划拓展业务范围。专注于做高灵敏度探测器的技术研发和市场推广,助力“中国芯”走向世界!

项目优势:

光电探测器是将光信号转变成电信号的一个半导体元件,是很多很多应用的关键核心部件。对于这个普通探测器来说,我们现在国产化率比较高。但是对于高端的,比方说极微弱光的探测,如纳瓦级的光的探测,还需要用到高端探测器,目前我们国内主要是依赖进口。这些光电探测器在很多国际核心领域,有很多应用,本项目主要是针对这些高端半导体探测器来开展研发和销售。

单光子探测是进行(超)微弱光检测必不可少的技术手段,在诸多领域如量子信息处理、三维成像、激光雷达、光时域发射计、荧光寿命测量等有广泛的应用需求。单光子探测器件和技术研究是当前最为重要的研究方向之一,APD单光子探测器件及系统的研究占据重要地位。当前通信波段的单光子探测技术主要分三类:光电倍增管、超导单光子探测器和盖革模式下的半导体雪崩光电二极管。光电倍增管基于电子倍增机制,器件需要在高偏压下工作,器件的探测效率(PDE)和噪声性能很差,基本处于即将被淘汰的阶段。超导单光子探测器基于超导相变机制,主要采用超导纳米线单光子探测器方案,其暗计数率(DCR)低、时间分辨好、计数率高,但需要超低温制冷,造成整个系统成本较高、体积较大,难以在实用化中广泛应用。基于半导体材料的APD单光子探测器件具有成本低、体积小、无需超低温制冷等优势,适合于实用化需求,这也成为目前单光子探测领域的主流方向和广泛采用的方案。

单从APD器件的角度来看,目前国内的整体研究水平跟国外最好水平相比存在着巨大差距,器件噪声偏高,难以应用于量子通信系统。近来,国外已经开始限制高性能APD器件对我国的出口。因此,为了摆脱APD器件受制于人的局面,我国必须从源头进行自主创新。

以激光雷达为例,来简单介绍一下我们这个高灵敏度探测器应用场景。激光雷达是很多智能设备,比方说无人驾驶、无人机、智能机器人等一些关键设备的眼睛。是用来探测前方障碍物,帮助这些机器判断前方障碍物等,之前这些关键的设备因为激光雷达的成本非常高,像谷歌和百度推出的无人驾驶车它上面顶着一个大花棚,这个激光雷达呢,它的价格高达几十万,所以它现在没有推广。那么未来随着激光雷达的技术进步,相信在未来几年将是一个爆发式的发展。有机构预测到2032年的时候,会达到280亿美元。其中我们探测器大约占到激光雷达设备的10%的成本,也就是说到2032年的时候,我们有28亿美元的市场。但是目前我们在这方面的应用都是依赖进口,所以我们想依托我们团队的技术实现进口的替代。

市场概况:

在过去的几十年里,光电探测技术的发展带动了整个光电信息产业的突破,包括通信领域、成像领域、传感领域等等。其中,微弱光探测的实现尤为重要,它更新了现有的各类信息手段,全面提高了长距离光纤通讯、军事侦察、航天航空、生物医学等技术领域的探测能力。在能够实现微弱光探测的光电探测器中,雪崩光电二极管(APD)由于其具有高灵敏度、高增益、技术成熟、能够在较高温度下使用等特性,成为了在微弱光探测领域一项极为重要的应用,并受到国内外科学研究者的高度重视,本团队在该领域目前已经实现了技术突破并掌握了国际领先水平的自主知识产权。

本项目针对单光子探测发展新型APD,研究显著降低材料缺陷和提升器件性能的有效途径和手段,探索自组装垂直生长和波导型混合集成技术,通过减少器件的有效探测面积,极大减小热噪声、缺陷暗电流和电容,从而研制出微纳尺度的高速、低噪APD单光子探测器件。通过上述技术途径最终实现高速、低噪APD单光子探测器件的制备,以期从根本上提升APD单光子探测器件的性能,打破核心器件受制于人的局面,对我国占领APD器件及单光子探测系统这两块技术制高点,推动量子通信技术走向规模化应用具有重要战略意义。

本团队通过材料能带结构、电场分布和“死区”设计,成功研制出控制局域离化实现倍增的方法,降低整体结构的离化率比,减小噪声。成功研制出级联结构和吸收增强结构的APD器件。成功研制出以InAlAs为倍增材料的APD器件,减小了倍增过程产生的噪声。成功研制出微纳尺度器件结构,通过减小器件尺寸显著降低器件的缺陷数量、降低结电容和寄生电容、减少雪崩建立时间等手段,有效抑制APD单光子探测器件的暗计数与后脉冲。通过优化设计新型器件结构,研制APD器件及阵列。成功研制出集成了限流电阻的负反馈型APD器件,大幅抑制后脉冲效应。

产品1:高性能III-V单光子APD器件(1.55微米高性能化合物半导体APD器件,性能已达到市场上进口商品的同等水平);

产品2:硅基探测器。硅是最好的雪崩倍增材料,基于硅的APD具有高灵敏度,能大幅降低系统传输光功率,节约接入网系统传输能耗。

目前团队已经开拓硅基探测器芯片的设计及流片;生长出低位错密度的硅基异质材料,实现了芯片的小批量销售;开展了InGaAs/InP产品设计及流片;开展芯片的封测、芯片设计等服务;带尾纤的探测器芯片的响应度实现大于5A/W;具备芯片封测能力、可提供芯片可靠性测试的服务、可提供各种光学薄膜的性能测试及镀膜服务。本项目累计荣获国家发明专利3项、在申请专利10余项;累计发表国际国内相关专著和核刊成果近100余项;省部级重大科研成果和国家级重点实验项目20余项……立足科研成果转化和师生共创开展项目。

商业模式:

本团队目前已经在实验室实现了产品中试和批量生产,公司(北京探锐科技有限公司)成立之后,主要是做宣传推广,还会拓展微光夜视成像芯片设计、加工及销售服务,未来也面对光电产品的一些外围产品的一些服务等。本项目针对单光子探测发展新型APD,研究显著降低材料缺陷和提升器件性能的有效途径和手段,研制出微纳尺度的高速、低噪APD单光子探测器件,以期从根本上提升APD单光子探测器件的性能,打破核心器件受制于人的局面,对我国占领APD器件及单光子探测系统这两块技术制高点有战略意义。

公司采用产学研相结合的方式,采用实验室材料及器件结构设计、实验室材料生长及器件制备、公司进行封装测试销售相结合的手段,开展高端探测器的产业化。公司初创期间采用产学研相结合的方式,芯片的生产是利用团队现有的实验室技术,在实验室生产。公司是进行宣传包装、销售。未来规划方面,拓展业务范围,预计在2024年能够实现亿元的销售额。

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