Heute, wo künstliche Intelligenz immer mehr Verbreitung findet, hat die weitverbreitete Einführung von Technologien wie Smartphones, Smartwatches, assistierten und autonomen Fahrzeugen, Sicherheitssystemen und VR/MR/AR-Headsets zu einem Anstieg der Nutzung von Kameras und optischen Sensoren geführt. Bis 2025 werden voraussichtlich fast 10 Milliarden Kameras hergestellt, was zu einer beispiellosen Produktion von ultrakleinen Sensoren und optischen Komponenten wie Kameras, Metalinsen, Mikrodisplays, Mikrolasern und Kombinationsoptiken führt.
Einführung in die Halbleitertechnologie
Die Halbleiterindustrie ist für ihre Massenproduktionskapazitäten bekannt. Jedes Jahr werden weltweit mehr als eine Billion Einheiten ausgeliefert, was eine wichtige Rolle bei der Deckung der wachsenden Nachfrage nach optischen Komponenten spielt. Da Miniaturisierung, Integration und Allgegenwärtigkeit zu Schlüsselfaktoren werden, konzentrieren sich die Bemühungen auf die Nutzung von Halbleiterprozessen für die Herstellung optischer Komponenten. Diese neuen optischen Komponenten werden oft als Planoptik bezeichnet, da sie auf flachen Silizium- oder Glassubstraten hergestellt werden und Vorteile gegenüber herkömmlichen Herstellungsverfahren wie Spritzguss oder Glaspolieren bieten. Planare Optiken können mithilfe von Halbleiterprozessen hergestellt werden, die großflächige Muster mit komplexen Nanostrukturen ermöglichen, die die optische Leistung erheblich beeinträchtigen können.
Da sich das Feld der planaren Optik ständig weiterentwickelt, ergeben sich Fertigungsherausforderungen, die angegangen werden müssen. Um diese Herausforderungen anzugehen, wird ein neuer Arbeitsablauf vorgeschlagen, der optisches Design und Simulation von Fertigungsprozessen kombiniert. Dieser Ansatz zielt darauf ab, optische Prozessdesign-Kits zu entwickeln, um die Fertigungsausbeute und -effizienz zu verbessern und Einblicke in die Auswirkungen der Fertigung auf die Leistung optischer Komponenten zu geben. Dieser virtuelle Fertigungsprozess wird am Beispiel einer achromatischen Linse demonstriert.
Optische Geräte manipulieren Licht, um seinen Weg, seine Richtung, Polarisation oder Intensität zu ändern, und Linsen sind die Grundkomponenten, die Licht ablenken, indem sie seinen Weg ändern. Traditionell werden Linsen mit Methoden wie Polymerinjektion oder Glasdrehen, Schleifen und Polieren hergestellt, was zu 3D-gekrümmten Linsen führt.
Die Entwicklungsrichtung der optischen Fertigung
Die Entwicklung der optischen Fertigung in Richtung planarer Optik erfordert optische PDKs, die fortschrittliche Designs, erhöhte Fertigungsmengen, kleinere Gerätegrößen und strengere technische Anforderungen bewältigen können. Um diese Anforderungen effizient zu erfüllen, setzen Hersteller optischer Bauteile auf hochvolumige Halbleiterprozesse. Allerdings müssen sich die optischen Toleranzen mit diesen Änderungen weiterentwickeln. Aktuelle Ansätze zur optischen Toleranzmessung ignorieren häufig den Herstellungsprozess, was zu niedrigen Erträgen, suboptimaler Leistung und kostspieligen Designiterationen führt. Der verbesserte Design-Make-Test-Zyklus, der durch das Optical PDK ermöglicht wird, kann den optischen Entwicklungsprozess rationalisieren und Designern, Integrationsteams und Testingenieuren Zeit- und Kosteneinsparungen bringen.