เลเซอร์เปล่งพื้นผิวในโพรงแนวตั้งหรือ VCSEL (อ่านว่า “วิกเซล”) ถูกประดิษฐ์ขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1970 และได้เข้าสู่อุปกรณ์สำหรับผู้บริโภค เช่น เมาส์คอมพิวเตอร์และเครื่องพิมพ์เลเซอร์ อย่างไรก็ตาม ขณะนี้ ความต้องการที่พุ่งสูงขึ้นสำหรับการตรวจจับภาพ 3 มิติกำลังผลักดัน VCSEL ไปสู่ดินแดนใหม่ด้วยแอปพลิเคชันที่เกิดขึ้นในสมาร์ทโฟน ยานพาหนะอัตโนมัติ และอื่นๆ Ajit Paranjpe
เป็นรองประธานอาวุโส
และประธานเจ้าหน้าที่ฝ่ายเทคโนโลยีของVeecoซึ่งเป็นผู้ผลิตอุปกรณ์ในสหรัฐอเมริกาที่ใช้สำหรับกระบวนการผลิตฟิล์มบางในภาคส่วนอิเล็กทรอนิกส์ไฮเทค เขาได้พูดคุยกับPhysics Worldเกี่ยวกับแอปพลิเคชันใหม่เหล่านี้และความต้องการที่ผู้ผลิตได้รับ
คุณจะทำ VCSEL ได้อย่างไร?การผลิต VCSEL ส่วนใหญ่อยู่ในโหมดอินฟราเรด โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 850–940 นาโนเมตรสำหรับการตรวจจับแบบ 3 มิติ และความยาวคลื่นที่ยาวกว่าเล็กน้อยสำหรับการใช้งานอื่นๆ กระบวนการผลิตเริ่มต้นด้วยการปลูก epitaxial stack
ซึ่งประกอบด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ผสมหลายชั้น เช่น แกลเลียมอาร์เซไนด์ จากนั้นคุณกัดอุปกรณ์เพื่อกำหนดขนาด (โดยเฉพาะในบริเวณที่เปล่งแสง) ออกซิไดซ์ส่วนหนึ่งของพื้นผิวเพื่อกำหนดรูรับแสงของเลเซอร์ และทำการ Passivate นั่นคือป้องกันความเสียหายที่ผนังด้านข้าง
สุดท้าย คุณทำการกัดอีกครั้งเพื่อกำหนดขนาดอุปกรณ์โดยรวม และทำการสัมผัสที่ด้านลบหรือด้าน n ของอุปกรณ์ ซึ่งอาจเป็นด้านบนหรือด้านหลังก็ได้ แสงถูกปล่อยออกมาจากด้าน p ของ VCSEL (ดูแผนภาพด้านล่าง)แต่ละขั้นตอนในการสร้าง VCSEL – การกัด การทับถม และอื่นๆ
คล้ายกับการผลิตชิปซิลิกอนมาก อย่างไรก็ตาม กระบวนการโดยรวมนั้นง่ายมากเมื่อเปรียบเทียบ และขั้นตอนหลังการประกอบก็ตรงไปตรงมามากกว่าเลเซอร์เปล่งขอบ เนื่องจากวิธีการผลิต VCSEL จึงสามารถบรรจุลงในอาร์เรย์ได้อย่างง่ายดาย โดยมีขอบเขตการเปล่งแสงหลายร้อยแห่งบนชิปตัวเดียว
ซึ่งทำได้ยากกว่ามาก
หากพวกเขาทำค่อนข้างง่าย ทำไมเราไม่เห็นพวกเขามากกว่านี้?จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ แอปพลิเคชัน ซึ่งรวมถึงการตรวจจับ 3 มิติ และการเชื่อมต่อระหว่างกันแบบออปติคัลที่ใช้งานอยู่ในภาคโทรคมนาคม ล้วนแต่มีปริมาณค่อนข้างน้อย สิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงหลังนี้คือการตรวจจับ 3 มิติ
กลายเป็นเทรนด์ใหญ่ในสมาร์ทโฟน โดยเริ่มจากกล้องด้านหน้าที่จดจำภาพใน iPhone X ของ Apple นอกจากนี้ เรายังได้ยินมาว่าผู้ผลิตโทรศัพท์ Android พร้อมที่จะเข้าสู่ตลาดด้วยคุณสมบัติที่คล้ายกัน ความสามารถทันทีที่คุณเข้าสู่ตลาดสมาร์ทโฟน ปริมาณจะมหาศาล
คุณกำลังพูดถึงหน่วยหลายล้านหน่วย ซึ่งอาจเพิ่มเป็นพันล้านหน่วยเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งต้องใช้แนวทางการผลิตที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ตัวอย่างเช่น เมื่อคุณเปลี่ยนจากเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ขนาดเล็กไปเป็นเวเฟอร์ขนาดใหญ่ขึ้น การควบคุมข้อบกพร่องของเวเฟอร์จะมีความสำคัญมากขึ้น
ผู้ผลิต VCSEL กำลังเริ่มนำวิธีปฏิบัติของซิลิคอนแฟ็บมาใช้เพื่อสร้างอุปกรณ์เหล่านี้ในปริมาณมาก
เหตุใด VCSEL จึงเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการตรวจจับ 3 มิติตามเนื้อผ้า ผู้คนใช้ LED สำหรับการตรวจจับแบบ 3 มิติ แต่เนื่องจากแสงจาก LED ไม่ได้ปรับให้ใกล้เคียงกัน
ประสิทธิภาพจึงมีขีดจำกัด เมื่อใช้เลเซอร์ คุณจะได้ลำแสงที่เรียงต่อกันซึ่งมีความกว้างของเส้นที่แคบมาก และคุณสามารถใช้ลำแสงหลายลำเพื่อสร้างแผนที่พื้นผิวได้ ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ที่ใช้ใน iPhone X เรียกว่า dot Projector และใช้ชุดรูรับแสง VCSEL บนชิปเพื่อฉายรูปแบบแสงเลเซอร์อินฟราเรด
ไปยังวัตถุที่จะสังเกต รูปแบบนั้นจะถูกบันทึก และสร้างข้อมูล 3 มิติจากรูปแบบในรูปแบบตาข่าย กระบวนการทั้งหมดรวดเร็วมาก และเนื่องจากแสงเป็นอินฟราเรด จึงไม่รบกวน คุณลักษณะเหล่านี้เป็นประโยชน์อย่างมากเมื่อเทียบกับทางเลือกอื่นๆ เช่น กล้องถ่ายรูป แม้ว่าคุณจะใช้กล้องสองตัว
เพื่อสร้างข้อมูลสามมิติ
อะไรคือความท้าทายในการสร้าง VCSEL สำหรับแอปพลิเคชันนี้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยขั้นตอนการเจริญเติบโตของ epitaxial และสิ่งสำคัญที่คุณพยายามบรรลุคือการควบคุมความยาวคลื่นที่ดีมาก คุณต้องการให้แน่ใจว่ารูรับแสงทั้งหมดเปล่งแสงออกมาอย่างสม่ำเสมอ
เพราะหากวัตถุที่คุณพยายามจะถ่ายภาพอยู่กลางแสงแดดจ้า คุณต้องใช้ฟิลเตอร์บนตัวตรวจจับเพื่อแยกความแตกต่างระหว่างแสงแดดและแสงที่ฉายโดย อาร์เรย์ VCSEL ยิ่งคุณสร้างฟิลเตอร์ได้แคบเท่าไหร่ คุณก็ยิ่งสามารถกำจัดแสงโดยรอบได้มากขึ้นเท่านั้น ทุกวันนี้ ตัวกรองแบนด์พาสทั่วไป
ให้ช่วง 20–30 นาโนเมตร และบางแอปพลิเคชัน เช่น LiDAR ต้องการช่วงที่แคบกว่าเพื่อให้สามารถแยกแยะระหว่างสัญญาณและเสียงรบกวนสำหรับวัตถุที่อยู่ห่างออกไป นั่นเป็นเหตุผลสำหรับการควบคุมความยาวคลื่นที่เข้มงวด มิฉะนั้นคุณกำลังสูญเสียโฟตอน
ความท้าทายอีกประการหนึ่งที่ฉันกล่าวถึงก่อนหน้านี้คือการควบคุมข้อบกพร่องบนชิป นี่เป็นปัญหาน้อยลงเมื่อชิปมีขนาดเล็กลงและคุณสามารถทิ้งชิปที่ใช้งานไม่ได้ แต่ถ้าคุณมีชิปในพื้นที่ขนาดใหญ่และรูรับแสงทั้งหมดต้องทำงานเพื่อให้ชิปทำงานได้ คุณต้องทำ แน่ใจว่าอัตราข้อบกพร่องต่ำมาก
แหล่งที่มาหนึ่งของข้อบกพร่องในเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์คือกระบวนการเติบโตของ epitaxial เอง คุณต้องควบคุมองค์ประกอบของวัสดุให้ดี เพื่อไม่ให้เกิดข้อบกพร่องเนื่องจากความเค้นของตาข่ายระหว่างชั้นเซมิคอนดักเตอร์ แหล่งที่มาของข้อบกพร่องอีกประการหนึ่งคือการทับถมของปรสิตในระหว่างกระบวนการเจริญเติบโต สิ่งนี้สามารถสะสมอยู่บนผนังของเครื่องปฏิกรณ์
Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>> สล็อตฝากถอนไม่มีขั้นต่ํา
