飛瓴光電：獨(dú)辟蹊徑，特種光纖制備技術(shù)新定義

  傳統(tǒng)的四種制備工藝指的是OVD、VAD管外水解法和MCVD、PCVD管內(nèi)法。其中，OVD和VAD管外水解法難以實(shí)現(xiàn)高摻雜濃度和折射率徑向分布的精準(zhǔn)控制。MCVD管內(nèi)法難以實(shí)現(xiàn)低成本與高效率沉積。PCVD管內(nèi)法難以制作大芯徑芯棒，沉積速率低，高溫熔縮易導(dǎo)致?lián)诫s元素的擴(kuò)散和二次揮發(fā)。

  而德國知名企業(yè)采用常壓射頻等離子體外形沉積工藝壟斷了深摻氟合成石英材料的供應(yīng)鏈。升級的MCVD沉積工藝壟斷系列有源光纖的制備技術(shù)和裝備技術(shù)。

  “從橫向來看，國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)、芯片行業(yè)甚至光伏行業(yè)，已經(jīng)從負(fù)壓等離子體制備走到常壓等離子體制備這個(gè)進(jìn)程，所以我們也考慮，有沒有可能在常壓條件下用等離子體實(shí)現(xiàn)摻雜和沉積。”

  概念有了，童維軍迅速利用校企合作的平臺驗(yàn)證它的可行性。

  “第一步要完成的就是驗(yàn)證能不能把常壓的氣體、蒸汽等穩(wěn)態(tài)電離;第二步要把常壓的火炬拿來做四氯化硅和玻璃的摻雜;第三步則是做裝備技術(shù)和工藝穩(wěn)定性研究。”童維軍解釋道，“我們非常幸運(yùn)，用了一年半左右的時(shí)間就完成了常壓微波等離子體技術(shù)從概念到設(shè)備穩(wěn)定性驗(yàn)證，再到摻雜工藝平臺的三步走，代表性深摻氟包層材料也達(dá)到了可替代進(jìn)口材料的水平。”

  憑借自主研發(fā)實(shí)力，飛瓴光電成功實(shí)現(xiàn)了兩項(xiàng)關(guān)鍵裝備的國產(chǎn)化：一是適用于石英材料熱加工的常壓微波等離子體熱處理平臺;二是常壓微波等離子體外沉積裝備平臺，該平臺集成了微波等離子體激發(fā)、機(jī)械及控制系統(tǒng)。

  依托這兩大自主研發(fā)的裝備平臺，飛瓴光電進(jìn)一步掌握了兩大核心技術(shù)：

  一是常壓微波等離子體石英熱加工技術(shù)。該技術(shù)摒棄了危險(xiǎn)氣體氫的使用，無需建設(shè)供氫設(shè)施，且預(yù)制棒中的羥基含量極低，無需脫氫處理，同時(shí)減少了氯氣的使用，具有環(huán)境友好性和高能量轉(zhuǎn)化效率，相較于傳統(tǒng)電感線圈加熱方式，微波能量轉(zhuǎn)化效率超過90%;

  二是非金屬元素?fù)诫s技術(shù)。該技術(shù)能夠直接制備出玻璃態(tài)的光纖預(yù)制棒，省去了脫羥處理和燒結(jié)玻璃化的步驟，摻雜元素濃度顯著提高。飛瓴光電所生產(chǎn)的F-SiO2預(yù)制棒已達(dá)到0.19的數(shù)值孔徑(包含工藝固有的應(yīng)力折射率)，摻雜元素測試濃度最高可達(dá)5.3 mol%，摻雜濃度和大棒幾何尺寸等技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國外先進(jìn)產(chǎn)品的性能水平。此外，該技術(shù)適用于多種形狀和大尺寸的靶棒，工藝靈活性高，特別適宜于各類傳能和傳感光纖的制造。

  獨(dú)辟蹊徑，引領(lǐng)差異化新賽道

  “當(dāng)前光電行業(yè)對高性能石英材料的需求背景是多方面的?！闭劶帮w瓴光電如何在激烈的市場中立足，童維軍說道：“在光通訊行業(yè)，隨著5G、6G等新一代通訊技術(shù)的部署，對光纖的傳輸速度和容量提出了更高的要求，高性能石英材料因其低損耗、高透明度和良好的熱穩(wěn)定性，成為制造高速光纖的關(guān)鍵材料。同時(shí)，在光纖激光器、光纖傳感器等高端應(yīng)用領(lǐng)域，以及核電、航空航天、醫(yī)療設(shè)備等特殊環(huán)境下的工業(yè)應(yīng)用中，對石英材料的純度、均勻性和結(jié)構(gòu)精度要求極高。在半導(dǎo)體行業(yè)，石英材料用于制造光刻掩模、晶圓承載器等關(guān)鍵部件，對材料的純度、平整度和應(yīng)力控制要求極高。在光電集成電路領(lǐng)域，石英材料作為襯底材料，替代了傳統(tǒng)的有機(jī)材料。這要求石英材料具有高純度、低結(jié)構(gòu)缺陷和良好的平整度，以支持高密度的電路設(shè)計(jì)和制造?！?

  “從以上三個(gè)領(lǐng)域?qū)κ⒉牧系囊髞碇v，我們相對于水解法和管內(nèi)法有一個(gè)明顯的短板，那就是我們的材料利用率較低，因此在常規(guī)波導(dǎo)材料制造中，我們的技術(shù)并不是最優(yōu)選擇。”童維軍解釋道，“我們的優(yōu)勢在非金屬材料的深摻雜方面，因此能夠在特定的細(xì)分領(lǐng)域和高端應(yīng)用市場占據(jù)一席之地，尤其在那些需要精準(zhǔn)控制非金屬元素濃度的應(yīng)用中，比如康寧的7979系列產(chǎn)品?！?

  從基礎(chǔ)機(jī)理問題到實(shí)際裝備落地，再到工藝實(shí)現(xiàn)的全面創(chuàng)新，飛瓴光電在石英材料制造領(lǐng)域開辟了一個(gè)新的技術(shù)路徑。“我們可以很自豪地講，我們的核心技術(shù)體系是面向國產(chǎn)化的制備技術(shù)原創(chuàng)和裝備技術(shù)自主可控，不是仿制老外的常壓射頻等離子體，也不是模仿現(xiàn)有PCVD的負(fù)壓等離子體技術(shù)?！?

  隨著光電市場的不斷發(fā)展和成熟，過去幾年，整個(gè)行業(yè)飽受“價(jià)格戰(zhàn)”之苦。童維軍認(rèn)為，這種機(jī)會主義的商業(yè)行為會造成“劣幣驅(qū)逐良幣”的惡劣現(xiàn)象，最終影響整個(gè)行業(yè)的健康發(fā)展。

  “我們處于光電行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的上游，但我們不愿意成為價(jià)格殺手，不愿意通過降低價(jià)格來破壞市場秩序，而是更傾向于通過技術(shù)創(chuàng)新和性能提升來為行業(yè)貢獻(xiàn)價(jià)值。這種策略事實(shí)上有助于維護(hù)行業(yè)的良性競爭環(huán)境，避免過度內(nèi)卷和價(jià)格戰(zhàn)，從而回歸商業(yè)本質(zhì)。”

  “技術(shù)的進(jìn)步，能夠?yàn)檎麄€(gè)產(chǎn)業(yè)鏈帶來兩個(gè)方面的利益：一是性能提升的價(jià)值，二是通過規(guī)模效益和技術(shù)能力降低成本?！蓖S軍表示，一旦實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；?，飛瓴光電愿意與行業(yè)分享這些成果。目前，飛瓴光電的重點(diǎn)關(guān)注仍然是通過性能改進(jìn)和提升來為各行業(yè)貢獻(xiàn)價(jià)值。

首席科學(xué)家黃巍教授匯報(bào)飛瓴光電常壓微波等離子體制備技術(shù)。左圖是合成摻雜石英沉積平臺;右圖是化學(xué)配方調(diào)配實(shí)驗(yàn)平臺

  核心技術(shù)支撐，賦能細(xì)分市場

  飛瓴光電并不局限于單一市場，而是聚焦通信傳感、工業(yè)激光、軍工核電、生物醫(yī)療、能源交通等五大領(lǐng)域提供關(guān)鍵原材料、光纖預(yù)制棒、特種光纖與衍生產(chǎn)品及解決方案的定制化服務(wù)。

  成立一年多，飛瓴光電就進(jìn)入規(guī)上企業(yè)。2024上半年，飛瓴光電更是完成了2023同期雙倍的營收，增長如此強(qiáng)勁，這與飛瓴光電的技術(shù)路線和戰(zhàn)略規(guī)劃分不開。

  技術(shù)路線，童維軍總結(jié)了“3+1”條技術(shù)路線?！?”指的是“常壓微波等離子體熱處理技術(shù)”、“常壓微波等離子體外沉積制備技術(shù)”以及“常壓微波等離子體管內(nèi)沉積制備技術(shù)”，在機(jī)理上用好常壓微波等離子體火炬的物理熱處理和適合非金屬元素高效化學(xué)反應(yīng)的特征，在裝備上從硬件功能部件到軟件源代碼實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化自主可控，在制備技術(shù)方面面向應(yīng)用場景用足常壓微波等離子體對非金屬元素深摻雜技術(shù)的優(yōu)勢，重構(gòu)特種光纖性能突破。

  “其中，前兩類技術(shù)我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化投產(chǎn)?！蓖S軍解釋，“第三類技術(shù)進(jìn)入工藝驗(yàn)證和產(chǎn)品試制階段。我們團(tuán)隊(duì)有堅(jiān)強(qiáng)的意志和決心，把行業(yè)已具備的臨界絕對真空度的沉積技術(shù)提升到常壓狀態(tài)的大棒管內(nèi)沉積技術(shù)，以提升在強(qiáng)激光、強(qiáng)輻照、強(qiáng)電磁、耐高溫和極寒環(huán)境下光學(xué)材料原有性能的天花板?！?

  “1”則指的是正在開發(fā)的常壓微波等離子體火炬用于制備微納結(jié)構(gòu)平面波導(dǎo)，童維軍稱之為“預(yù)言類技術(shù)”。它涉及到等離子體化學(xué)反應(yīng)機(jī)理與光學(xué)材料制備技術(shù)的結(jié)合。這種技術(shù)在光學(xué)材料和半導(dǎo)體行業(yè)中的應(yīng)用，特別是在光學(xué)襯底材料的生產(chǎn)上，已經(jīng)顯示出其效率和潛力。“事實(shí)上，這個(gè)技術(shù)開發(fā)出來不僅能夠推動現(xiàn)有光學(xué)材料的技術(shù)進(jìn)步，還為未來的光電子新材料和應(yīng)用開辟了新的道路。這種前瞻性的技術(shù)開發(fā)對于我們保持行業(yè)領(lǐng)先地位和滿足未來市場需求也至關(guān)重要?！?

  對于公司未來的發(fā)展，童維軍表示，飛瓴光電將主要立足于核電軍工、工業(yè)激光市場，同時(shí)兼顧通感知多模態(tài)工業(yè)光網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景。“工業(yè)激光市場的民用化是一個(gè)重要的發(fā)展方向，光纖激光器已深度進(jìn)入消費(fèi)電子領(lǐng)域。另外，自動駕駛、核電和汽車行業(yè)對光纖的通信與傳感功能需求也日益增長。飛瓴光電正在進(jìn)行細(xì)分市場調(diào)研和預(yù)演階段的工作，圍繞核心技術(shù)體系，加速構(gòu)建和補(bǔ)充脆性材料加工平臺、光纖拉絲平臺、光纖衍生產(chǎn)品制造平臺、測試平臺，旨在為這些新興領(lǐng)域提供基礎(chǔ)光學(xué)材料+新型預(yù)制棒+系列化特種光纖+光纖組件的產(chǎn)品組合工具包，面向客戶應(yīng)用場景提供專業(yè)定制化的光纖解決方案。”