以鍺矽(GeSi)光子技術為核心技術的光程研創宣布,全球首創基於12吋的CMOS製程,結合鍺矽短波紅外線(Shortwave Infrared, SWIR)的雙模(2D/3D)感測單晶片,已驗證完成並於台積電導入量產。此一里程碑為光程研創創下3項世界第一紀錄,分別是高解析度鍺矽像素技術、單晶片SWIR雙模(2D/3D)光學系統感知技術,以及用12吋晶圓量產SWIR感測元件。透過光程研創的SWIR 3D感知技術,可望加速推動光達應用全面普及化。
紅外線感測已普遍應用在行動裝置、智慧穿戴、智慧家電、環境偵測等應用,擁有優異穿透掃描能力的SWIR感測,成長動能更是強勁。不過,目前市場上的SWIR技術,都只能做到2D成像,且因為要用到砷化鎵(GaAs)或磷化銦(InP)基板,以及其他三五族化合物半導體的單元感測器,使得要實現高解析度成像陣列的成本十分昂貴,亦無法與CMOS先進的電子電路進行單晶片整合。
也因為這些技術限制,目前市場上還沒有使用SWIR波段的高畫質3D影像感測元件。光程研創基於CMOS製程的鍺矽技術,在逐一克服各項如先進材料導入、革新光子及整合光學技術、晶片系統架構及演算法等挑戰,已能在SWIR波段實現更為精細的2D與3D成像及辨識效果,同時滿足業界對微小化、低功耗、安全性(無鉛)、高整合度、具成本競爭力進行大規模量產的期待。
光程研創執行長陳書履表示,該公司致力將最先進的光子技術商業化,以期更緊密地與人類生活應用連結。本公司團隊這次以全球首創CMOS製程的SWIR雙模感知技術,再度寫下光學成像嶄新的里程碑。未來將持續以紮實的創新技術實力加速光學感測等多元應用,期望引領新一波SWIR產業生態圈的蓬勃發展。
這項突破也讓光程研創有能力克服SWIR應用普及的三大障礙,包括以高解析GeSi鍺矽像素技術解決矽材料只能應用較窄波段,及量子感光效率在不可見光波段低落的問題;單晶片SWIR雙模(2D/3D)感知技術則解決無法以單晶片同時在SWIR波段呈現2D和3D成像的問題;用12吋晶圓量產SWIR感測元件,則解決了SWIR成像像素只能在6吋以下晶圓產線製造,且無法和CMOS製程電子電路整合成單一晶片的問題。
總括來說,光程研創獨創的SWIR雙模感知技術,將可加快SWIR在各種產業情境應用的普及速度,例如擴增實境(AR)、機器視覺或半導體製程檢測、工業品質管控、農產品新鮮度判定、醫療成分異物分析、環境系統監控、駕駛人監測系統(Driver Monitoring System, DMS)等,其中尤以自駕車市場的光達(LiDAR)應用近來最備受矚目。
未來半自駕或全自駕車輛的安全需要傳統攝影鏡頭、雷達、光達等多個感測器集大成,而光達具有高解析度、高精確度、高量測距離等優點,能在不同情境下辨識障礙物、預防碰撞、即時偵測路況、防止車道偏移等以提高安全性。此外值得注意的是,位居全球自駕車領先地位的Tesla,過去擁護傳統攝影鏡頭,近期屢傳將擁抱光達技術的消息;且根據IDTechEx研究分析,全球光達市場至2030年將成長至54億美元,成為自駕車與輔助駕駛最炙手可熱的感測技術。
IHS Markit在比利時舉行的AutoSens 2019車用感知技術大會曾表示,LiDAR供應商未來可以宣傳的是光達帶來的物理優勢,但能否真正商業化,才是決定因素。光程研創已成功在CMOS製程上實現SWIR波段3D感測技術並成功導入量產,能提供功能全面,且成本更具競爭力的光達技術給全球汽車產業供應鏈客戶,如現有指標品牌客戶Continental,以領先世界的精準感知技術突破自駕車發展現有瓶頸,並以強化的運算分析來提高機器可視效能與可靠度,滿足自駕車及輔助駕駛最重要的安全需求。此外,光程研創的光達技術同時也能幫助客戶推動更親民的光達產品價格,完善自駕車體系之『眼』的一環,讓安全的自駕系統不再只是高價車款的專屬配備,而能真正全面地走入人們日常生活中。