芯耀
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短波紅外（SWIR）是指電磁波譜中1µm~3µm之間的部分。目前，日常生活中使用的大多數(shù)成像儀在可見光和NIR范圍內（0.4μm~1μm）工作，并且基于硅技術。感知SWIR輻射需要基于其他材料的成像儀，這使得它們比硅基成像儀貴了幾個數(shù)量級。因此，目前SWIR的應用僅限于國防、工業(yè)或研究領域的特定應用。
然而，SWIR的物理特性對消費類市場具有如此大的吸引力，以至于這種主要面向國防的技術正在叩開智能手機行業(yè)的大門。
在國防領域中，SWIR用于目標識別、測距或在惡劣條件下獲取圖像，如煙霧、惡劣天氣和夜間長距離場景。在工業(yè)上，它被用于半導體制造，以檢查金屬觸點或檢測太陽能電池的裂縫。SWIR還可以通過一些塑料容器監(jiān)測液體或粉末水平，這些塑料容器在可見光譜中不透明，但在SWIR中透明。這些波長在分類應用中也很有趣，因為垃圾、塑料、紡織品甚至食物中的材料都有這個波段的可識別光譜特征。
在消費類3D傳感模塊中，SWIR波長將比NIR具有顯著優(yōu)勢。智能手機廠商競相提高屏幕的尺寸，并將傳感器隱藏在屏下。SWIR在3D傳感領域的主要動機是在OLED顯示屏下面集成人臉識別模塊，因為這些材料在SWIR波段中更透明。
眼睛安全法規(guī)也授權SWIR有更強大的照明源，這有助于增加AR應用的可靠性和探測范圍。在汽車領域，SWIR對于ADAS很有吸引力，它可以在惡劣的條件下獲得更穩(wěn)定的圖像，并能夠將2D和3D成像結合在一個系統(tǒng)中。
隨著新技術的出現(xiàn)，以及可能導致市場和技術顛覆的游戲規(guī)則改變者的進入，來自消費類市場的這種吸引力正在激發(fā)SWIR行業(yè)前所未有的變化。
SWIR成像技術的發(fā)展
目前大多數(shù)集成在相機中的SWIR成像儀都依賴于銦鎵砷化物材料（InGaAs）。InGaAs技術最初是為國防市場開發(fā)的，然后擴展到工業(yè)成像。就性能和可靠性而言，InGaAs是目前最好的技術，但它仍要解決很多挑戰(zhàn)性問題，以擴大制造工藝和充分降低成本，應對其他領域。
一種基于量子點（QD）的新技術正在成為InGaAs的低成本替代方案。QD是包裹在聚合物層中的納米顆粒，然后吸收SWIR輻射。與InGaAs相比，QD技術是一種可擴展的技術，其制造工藝與CMOS兼容，可以將成本降低幾個數(shù)量級。因此，它是目前對性能要求不那么苛刻的消費類應用的最佳候選。
然而，QD技術仍處于起步階段，SWIR Vision Systems于2018年發(fā)布了該行業(yè)的首批商業(yè)產(chǎn)品。它需要進一步開發(fā)，以提高其靈敏度和魯棒性方面的性能。
在未來幾年，其他可能成為可行選擇的技術包括硅鍺（SiGe），甚至全有機光敏材料。它們可能會繼續(xù)成熟，在真正分辨率高的成像儀問世之前，首先被用作探測傳感器。
新入場的巨頭隨著可能改變游戲規(guī)則的玩家的進入，SWIR的技術發(fā)展將會加速。Sony在2020年發(fā)布了首款商用SWIR成像儀，ST在2021年宣布開發(fā)基于QD的SWIR成像儀。到目前為止，大多數(shù)SWIR成像儀都是由以國防為導向的公司制造的，如SCD、Sensors Unlimited和Teledyne FLIR，以及許多為國防或工業(yè)市場銷售相機的小型公司。除了SWIR Vision Systems和Emberion使用QD外，這些公司通常使用芯片級制造工藝小批量生產(chǎn)InGaAs成像儀。
Sony和ST都是消費類和汽車硅基成像行業(yè)的領軍企業(yè)。他們擁有強大的制造能力，每年供應數(shù)百萬個傳感器，并掌握12英寸晶圓工藝。他們還擁有重要的設計專業(yè)知識，并經(jīng)常利用它來推出突破性的成像技術。從長遠來看，這些玩家的進入可能會顛覆當前的生態(tài)系統(tǒng)。
Sony從硅基成像技術中繼承了以copper-to-copper bonding為基礎的制造方法，制造了InGaAs SWIR成像儀。這一突破降低了成本，至少有兩個原因。首先，該工藝在晶圓尺度上進行，增加了制造產(chǎn)量。然后，新的粘接過程允許像素間距更少，因此成像儀的尺寸更小，BOM更低。這可能會對工業(yè)領域產(chǎn)生強烈影響，在工業(yè)領域，過高的價格仍然限制了SWIR成像的采用。
2021年，ST發(fā)布了基于QD技術的SWIR成像儀的初步研究結果，明確目標是面向消費類和汽車等大眾市場。該成像儀靈敏度高，優(yōu)化后約為1.4μm。
為了解決汽車領域的問題，可靠性方面的重要工作是必要的，但QD技術的快速改進現(xiàn)在有望實現(xiàn)。
SWIR成像市場的變化
根據(jù)Yole Intelligence的“SWIR Imaging 2022”報告，2021年，11,000臺區(qū)域掃描（2D）相機和兩倍數(shù)量的行掃描（1D）相機被供應，覆蓋國防、工業(yè)和研究應用，市場規(guī)模為4.29億美元。
我們預計，由于QD技術滲透和InGaAs新制造工藝的引入導致價格下降，工業(yè)相機的數(shù)量在未來幾年將顯著增加。到2027年，這些細分市場的相機市場規(guī)模將達到8.28億美元。
在消費類領域，首批商用傳感器可能會在2022年底發(fā)布，到2027年將迅速增長至1.5億個?？紤]到圍繞傳感器的整個SWIR 3D傳感模塊（傳感器、光學器件、外殼等），到2027年，這一領域的規(guī)模將達到32億美元，取代相當一部分當前的NIR模塊。
汽車領域應該會晚一些出現(xiàn)，因為它需要低成本和極其可靠的技術。與消費類設備相比，這些汽車系統(tǒng)需要進一步的開發(fā)，從而推遲了它們進入市場的時間。隨后，SWIR可能會滲透到高端汽車領域，在2027年達到數(shù)萬輛，在系統(tǒng)層面的價值為2100萬美元。
雖然SWIR在地球上自然存在，但其功率水平不足以滿足大多數(shù)SWIR成像應用，因此需要與成像系統(tǒng)結合使用人工SWIR源。因此，SWIR源市場將受益于SWIR成像市場的增長。
SWIR EEL目前廣泛應用于電信市場，這是迄今為止SWIR源的最大市場。SWIR LED主要用于工業(yè)視覺，這是一個不斷增長的成像市場，而SWIR VCSEL將從新興的消費類和汽車SWIR市場中獲益。
領先的光子系統(tǒng)創(chuàng)新中心Piseo一直在研究SWIR源市場及其應用。這項工作的結果將在9月份發(fā)布。
直到現(xiàn)在，SWIR技術的高成本仍然限制了其在國防、工業(yè)和其他先進應用領域的普及。如今，隨著智能手機行業(yè)對該技術的興趣不斷增長，這種模式正在發(fā)生轉變，因為SWIR可以使3D傳感更高效。
未來會怎樣？
未來幾年，消費類和汽車領域將出現(xiàn)SWIR細分市場。Sony和ST這兩家消費級成像行業(yè)的領導者，現(xiàn)在都涉足了SWIR技術，兩家公司都有能力填補迄今為止阻礙SWIR實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的技術空白。
在不與目前工業(yè)和國防領域使用的SWIR技術競爭的情況下，消費類SWIR變體在最初應該具有足夠好的性能。然而，如果SWIR大規(guī)模生產(chǎn)，新興技術可能會迅速成熟，并在長期內顛覆當前的SWIR生態(tài)。
[參考文章]
How Smartphones Will Disrupt the SWIR Imaging Industry — Axel Clouet, Eric Mounier
