【ZiDongHua之“創(chuàng)新自化成”收錄關鍵詞：奧創(chuàng)光子 半導體 數(shù)字孿生】
 
　　奧創(chuàng)光子再次成功獲批千萬級國家重點研發(fā)計劃牽頭工作，為高端半導體飛秒激光裝備技術化革新賦能
 
 
　　3月奧創(chuàng)光子作為國內領先的飛秒激光器制造商，在參與國家重點研發(fā)計劃“增材制造與激光制造”重點專項2024年度項目中，牽頭申報的“紫外飛秒光絲鋁基碳化硅高速精密切片技術應用項目”成功立項。奧創(chuàng)光子作為國內極少數(shù)將飛秒激光器應用于高端半導體裝備的國家重點研發(fā)計劃牽頭企業(yè)，以硬核技術突破全球半導體裝備“卡脖子”難題，助力我國在半導體核心工藝裝備領域實現(xiàn)從跟跑到領跑的加速進程。
 
　　01
 
　　內部專家、工程化研發(fā)團隊
 
　　多次國家項目參與經(jīng)驗
 
　　奧創(chuàng)光子是一家專業(yè)從事工業(yè)級飛秒激光器及其核心器件研發(fā)、生產(chǎn)與應用的國家高新技術企業(yè)、國家級專精特新“小巨人”企業(yè)。早在西安光機所創(chuàng)始團隊的基礎上，奧創(chuàng)光子再次引進了一大批國內外知名專家和工程化團隊，比如來自加拿大的器件專家、來自立陶宛的高級光學工程師等。依靠這些人才，通過核心器件先行的戰(zhàn)略布局，將核心技術下沉到核心器件內，真正實現(xiàn)“核心”自主可控。
 
　　創(chuàng)始核心團隊多次主持參與國家、省市重大專項中飛秒光源的研制，如：《2023國家重點研發(fā)計劃-激光超聲復合精密制造技術與裝備》、《浙江省重點研發(fā)計劃-多參量可調控高功率飛秒激光器》、《浙江省重點研發(fā)計劃眼科全飛秒激光手術診療設備的國產(chǎn)化研發(fā)》項目等。
 
 
　　02
 
　　全球領先：自主研發(fā)
 
　　推動高端半導體裝備穩(wěn)定發(fā)展
 
　　紫外波段超短脈沖激光器特有的短波長、短脈沖特性賦予了其與物質作用過程強大的材料化學鍵裂解能力，在宏觀表現(xiàn)為對各類材料的高效而精密的絕熱加工應用（劃線、切割、鉆孔、刻蝕等）；但這種無堅不摧的紫外超短脈沖也對產(chǎn)生和承載它的激光系統(tǒng)提出了極高的技術要求，尤其是諧波轉換光路中元器件的選材、制作工藝、安裝工藝、運行環(huán)境等，諸多因素影響著紫外激光的性能與使用壽命。
 
　　飛秒紫外激光器因兼具短波長和極高峰值功率，其倍頻系統(tǒng)的設計和選型更加苛刻，激光腔內傳輸和操控脈沖的鏡片、晶體等光學元件的表面膜層首當其沖受到瞬時強場作用，膜層與基質材料在高能紫外輻射下的改性容易造成器件劣化，這也是當前紫外激光器市場中高能飛秒紫外激光器產(chǎn)品稀缺的主要技術原因之一。
 
 
　　奧創(chuàng)光子為該重大研發(fā)計劃開發(fā)的高功率大能量紫外飛秒激光器，在元器件選型階段做了紫外膜系的廣泛篩選和深度測試，包括了對超過全球二十家光學基片供應商的基片分析、試用，對國內外多家資深鍍膜機構的實際鍍膜效果測試，其中較為嚴苛的測試包括343nm紫外激光經(jīng)聚焦長時間照射紫外高反膜，照射點矩陣覆蓋鏡片膜層70%面積，實現(xiàn)對紫外膜層時間耐受力、空間一致性的考察；通過了這種嚴格測試的長壽命紫外膜系，才能入選為該項目的基礎物料。
 
　　高功率紫外倍頻系統(tǒng)的環(huán)境工程設計與工藝實施也在很大程度影響著紫外激光的輸出穩(wěn)定性、功率衰減速率。為此開發(fā)了倍頻腔環(huán)境主動清潔功能并集成于激光頭中，為激光器提供運行前的鏡片表面自清潔，運行中的不間斷過濾空氣循環(huán)，定時的功率衰減自動補償?shù)?，同時在控制軟件中嵌入了基于辛幾何模態(tài)分解（Symplectic Geometric Decomposition,SGD）與多尺度特征融合的混合預測架構，該模型通過同步解析整機多通道監(jiān)控數(shù)據(jù)（包括溫度梯度場、非線性晶體相位失配量、冷卻液流速及鏡組微應變等），結合SGD對高維非線性系統(tǒng)相空間軌跡的保結構降維特性，實現(xiàn)紫外激光時-頻域功率波動特征的解耦提取，這種“基于實時狀態(tài)”的維護策略為激光器維保，尤其是紫外元器件按需更換提供診斷數(shù)據(jù)和預警，實現(xiàn)了該激光器紫外模塊運行壽命超過10000小時，紫外激光輸出功率實時波動<1%，為該項目乃至未來的工業(yè)應用提供了穩(wěn)定性和可靠性保障。
 
　　作為業(yè)內鮮有的百瓦級紫外飛秒激光器，該光源要求基頻飛秒激光功率超過300W，這樣的高功率近紅外基頻光導入倍頻腔，腔內各處的熱管理及殘余熱量處理方法決定了激光器整體熱穩(wěn)定性；基于多物理場耦合數(shù)字孿生技術，構建力學-熱-光學的聯(lián)合仿真系統(tǒng)，通過實時數(shù)據(jù)采集與卡爾曼濾波動態(tài)修正模型參數(shù)并在此基礎上使用變分貝葉斯方法提高多模態(tài)傳感器實時數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)三倍頻紫外腔內熱形變關鍵點的高精度追蹤，極大降低傳統(tǒng)監(jiān)控方法的誤差，并首次驗證了腔體溫升、形變與光斑畸變的非線性關聯(lián)，從而實施針對性的導熱管路規(guī)劃，達到了基頻、倍頻多腔體的熱平衡，確保了激光器整體熱穩(wěn)定性。
 
　　03
 
　　裝備級挑戰(zhàn)
 
　　半導體制造過程中的多重難題
 
　　1、輸出功率不穩(wěn)定性
 
　　在高功率紫外激光系統(tǒng)研發(fā)中，多層級技術瓶頸相互耦合形成了復雜挑戰(zhàn)。基頻光源的長期穩(wěn)定性控制是首要問題。當系統(tǒng)功率運行在300W以上時，熱致變形和環(huán)境微擾動會產(chǎn)生連鎖效應，導致倍頻轉換效率下降，并引發(fā)紫外輸出功率出現(xiàn)±5%以上的波動。這種不穩(wěn)定性嚴重影響了系統(tǒng)的整體性能和可靠性，限制了其在高功率條件下的應用。
 
　　2、瞬態(tài)吸收劇增
 
　　此外，高能紫外光子具有8eV以上量級的單光子能量，能夠解離熔石英中的Si-O鍵，產(chǎn)生E'色心缺陷，導致瞬態(tài)吸收劇增。這種現(xiàn)象不僅降低了材料的透過率，還可能引發(fā)材料的結構性損傷，進一步影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
 
　　3、激光誘導損傷閾值衰減
 
　　高能紫外光子還會在介質膜層界面誘發(fā)熱電子雪崩效應，使局部電場強度驟增至初始值的5-8倍，最終導致激光誘導損傷閾值（LIDT）呈指數(shù)型衰減。這種損傷閾值的降低使得光學元件在高功率激光作用下更容易發(fā)生損傷，限制了系統(tǒng)的功率提升和長期穩(wěn)定性。
 
　　4、倍頻效率衰減、成本劇增
 
　　材料失效機制與晶體生長瓶頸形成惡性循環(huán)，大尺寸倍頻晶體生長需要在軸向溫度梯度嚴控的苛刻條件下進行，任何微小的組分過冷都會產(chǎn)生位錯網(wǎng)絡，使倍頻效率衰減30%以上。這導致單晶制備周期長達千小時，且成本劇增。這種高成本和長周期的制備過程嚴重制約了高功率紫外激光系統(tǒng)的應用。
 
　　5、紫外誘導碳污染難題
 
　　此外，這些高成本組件在系統(tǒng)集成時還面臨紫外誘導碳污染難題。激光與殘留有機物作用產(chǎn)生的游離碳會在光學表面形成納米級遮蔽層，致使透射率每周下降0.5%。這種污染不僅降低了光學元件的性能，還可能引發(fā)二次污染和損傷，進一步影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
 
　　04
 
　　千億級市場
 
　　重塑半導體產(chǎn)業(yè)格局的戰(zhàn)略利器
 
　　100W紫外飛秒激光技術通過融合高平均功率、超短脈沖與短波長的獨特優(yōu)勢，實現(xiàn)了精密制造領域的革命性突破。其核心價值在于同時解決加工精度、效率與材料適應性的矛盾：紫外波段的高光子能量支持亞微米至納米級加工分辨率，尤其適用于脆性材料（如玻璃、藍寶石）和半導體（如硅、GaN）的超精細加工，而飛秒脈沖的極短持續(xù)時間可將熱影響區(qū)近乎消除，避免傳統(tǒng)激光加工中的材料熔融或熱損傷問題。
 
　　另外，高功率輸出可使加工速度獲得顯著提升，如智能手機玻璃蓋板切割效率可提升10倍以上，為工業(yè)量產(chǎn)提供了從實驗室到規(guī)模化生產(chǎn)的可行性路徑。在半導體與電子制造中，紫外飛秒激光不僅推動了第三代半導體（如SiC、GaN）器件的精密加工，還通過3D芯片堆疊中的微孔鉆孔技術，為延續(xù)摩爾定律和開發(fā)先進封裝技術提供了關鍵工具。此外，其在柔性電子器件制造中的應用，例如柔性OLED屏幕的激光剝離工藝，進一步加速了可穿戴設備和折疊屏技術的商業(yè)化進程。從經(jīng)濟效益看，100W紫外飛秒激光的規(guī)模化應用將直接降低精密元器件的單位制造成本。
 
　　隨著該項目的推進將顯著拉動激光產(chǎn)業(yè)鏈上下游的協(xié)同創(chuàng)新與升級。在上游核心材料領域，高功率紫外飛秒激光對非線性晶體（如BBO、LBO）的損傷閾值和光學均勻性提出更高要求，倒逼晶體生長技術向大尺寸、低缺陷密度方向突破。同時，高功率紫外光學鍍膜技術面臨嚴苛的耐損傷閾值挑戰(zhàn)，推動鍍膜工藝升級，以滿足高反射率與長壽命需求。
 
　　下游應用端，激光設備廠商需與光學系統(tǒng)集成商、運動控制平臺企業(yè)深度合作，開發(fā)定制化加工頭與實時監(jiān)測模塊。這種產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同效應不僅加速了國產(chǎn)高端激光器的商業(yè)化進程，還可能催生千億級規(guī)模的精密光學元件市場，為光電子產(chǎn)業(yè)集群注入新動能。
 
　　未來奧創(chuàng)光子將持續(xù)加碼半導體高端裝備研發(fā)投入，攜手產(chǎn)業(yè)鏈伙伴共建和諧的創(chuàng)新生態(tài)鏈，為先進制造業(yè)轉型升級夯實基礎！