全球20大最顶尖的传感器

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。对于传感器，可以毫不夸张地说，从茫茫的太空到浩瀚海洋，甚至于各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面具有十分重要作用。世界各国都十分重视这一领域的发展。未来传感器技术将会出现一个飞跃。下面分别介绍全球最顶尖传感器品牌（不作为唯一排名标准）如下：

一、Interface传感器（美国）

Interface是全世界测试行业公认的传感器专家，是轮辐式传感器的发明者，是全世界大的轮辐式传感器生产商。美国INTERFACE传感器，半个世纪以来一直是全球值得信赖的力测量领导者 。Interface是美国的著名力测量品牌，尤其以设计生产高质量的产品而著称。其产品包括高精度扭矩传感器，机器校准系统，数字指示器，软件和力测量系统等。值得一提的是，美国INTERFACE传感器是著名的波音公司，空中客车，美国宇航局，福特，通用，强生，NIST和众多测量实验室等公司的供应商。

美国Interface Inc.成立于上世纪六十年代，总部位于美国亚利桑那州的凤凰城。曾经是全球最大的测试用力及扭矩传感器生产商。全世界70%-80%的测试用力传感器都出自Interface。其产品包括各种拉压力传感器、扭矩传感器、复合力传感器、力值计量标定系统及各种优质放大器和指示仪表。Interface 依靠其专利的温度自补偿应变片材料和贴片工艺、独到的弹性体结构设计、高度自动化的生产流程、细致的标定程序，为全球业界提供了无可比拟的高精度长寿命稳定可靠的力及扭矩传感器。

Interface的各种力、扭矩传感器被广泛的运用在结构和材料加载测试系统、全球各大试验机厂商的OEM配套、航空航天、汽车测试、工业自动化领域、石油工业、医疗器械领域等，为科研和质量控制提供了可靠的保障手段。

值得一提的是， Interface的 Gold Standard® （黄金标准）和 Platinum Standard®（白金标准）系列力值计量标定系统，以其卓越的性能、简洁的操作界面，为世界各地的上千家计量实验室提供便捷、精确、可靠、稳定的计量标定数据。Interface的标定系统可应用于传感器标定和测试系统标定，满足世界上的主要标准、规程。 Inte rface扭矩传感器应用在几乎任何一个需要扭矩值测量的领域。包括：马达、泵、各种阀、扭转作动器、转向装置、减速器驱动轴等。Interface可提供反力式和旋转式两种扭矩传感器。Interface的重要客户：包括波音、空客、英国航宇公司、德国航宇中心、欧洲直升机公司、大众汽车、BMW、奔驰、通用、现代、菲亚特、博世、德尔福、伟士通、TRW、埃采夫、西门子、阿尔斯通、庞巴迪等等大型企业的测试实验室，interface还是MTS、INSTRON、ZWICK等测试设备的力传感器配套商。 Interface作为一个世界级品牌，尤其在汽车领域拥有重要客户，比如上海大众汽车，一汽大众汽车，上海通用，上海汽车，广州本田，丰田等；在航空航天领域有430所，304所，401所，航空四院，上海飞机厂，哈飞，成飞等，以及计量院、上海计量院、MTS(SANS)等等。Interface拥有先进的产品，过硬的技术，优质的服务取得客户信任之三大法宝。

突出特点： 拥有50年的力传感器的生产经验，每枚传感器都在美国凤凰城的试验室里进行了严格的标定，专利的应变片材料使每一枚传感器都有高精度输出。

二、Honeywell霍尼韦尔传感器（美国）

霍尼韦尔是美国的全球著名品牌，至今已有100多年的历史。美国宇航员Neil Armstrong 和Edwin "Buzz" Aldrin登上月球，所使用的就是霍尼韦尔国际公司的产品。由于收购了Sperry航空航天公司，霍尼韦尔国际公司在航空航天工业的地位显著地提高了，迅速地成为了世界最具影响力的航空电子设备的综合制造商。无论是在经济发达地区，还是在新兴市场，霍尼韦尔品牌都是可靠和领先的象征。尤其在印度，霍尼韦尔被列为“超级商业品牌”。

霍尼韦尔国际(Honeywell International)是一家营业额达300多亿美元的多元化高科技和制造企业，在全球的业务涉及：航空产品和服务、楼宇、家庭和工业控制技术、汽车产品、涡轮增压器以及特殊材料。霍尼韦尔公司总部位于美国新泽西州莫里斯镇。

突出特点： 霍尼韦尔一九九六年，被美国"财富"杂志评为最受推崇的20家高科技企业之一。曾经在多元化技术和制造业方面占世界领导地位的跨国公司(500强排名280位)。1999年Honeywell(霍尼韦尔)AlliedSignal(联信)合并，合并以后整个公司仍以Honeywell冠名，新的Honeywell公司仍然保持在多个领域处于领先地位的全球高科技公司特点，尤其在自动控制领域和航空航天技术方面，令世人瞩目。每一架波音飞机里，有30%产品出自于Honeywell公司。

世界著名的保安系统制造商WSE(西屋)、C&K和防火系统制造商SystemSensor(盛塞尔)、Notifire等公司，相继加盟Honeywell，Honeywell公司已成为全球最大的建筑物产品供应商。值得一提的是，霍尼韦尔公司主要分为三个业务部分:住宅及楼宇自控、工业自控、航天及航空自控。

3、ABB传感器（瑞士）

ABB是电力和自动化技术领域的全球领先公司。值得一提的是，ABB发明、制造了众多重要产品和技术，其中包括全球第一套三相输电系统、世界上第一台自冷式变压器、高压直流输电技术和第一台电动工业机器人，并率先将它们投入商业应用。ABB集团是全球500强企业，集团总部位于瑞士苏黎世。ABB是由两个历史100多年的国际性企业瑞典的阿西亚公司(ASEA)和瑞士的布朗勃法瑞公司(BBC Brown Boveri) 在1988年合并而成。ABB拥有广泛的产品线，包括全系列电力变压器和配电变压器，高、中、低压开关柜产品，交流和直流输配电系统，电力自动化系统，各种测量设备和传感器，实时控制和优化系统，机器人软硬件和仿真系统。

突出特点： ABB传感器采用高科技材料精心制造，具有无与伦比的热特性,结构更坚固,对严酷的外界条件具有更高的耐受和适应能力。全系列产品均符合环保标准、安全标准和严格。ABB电流传感器具有无与伦比的抗磁场干扰能力，突出特点是精度高、响应时间快、且低功耗具有高可靠性，适用于恶劣环境应用，重要的是客户可按需定制。

四、倍加福 pepperl-fuchs传感器（德国）

德国倍加福 pepperl-fuchs是感应技术的发明者，是全球内安、防爆技术的领导者，是全球自动化行业久负盛名的专业传感器公司。倍加福 pepperl-fuchs总部设于德国曼海姆，分公司遍及六大洲，德国倍加福公司(P+F)是全球自动化行业中久负盛名的专业传感器公司。倍加福作为全球自动化领域的电子传感与零部件的生产主导者，凭借质量保证，保证了迄今六十余年的辉煌成就。

德国Pepperl+Fuchs公司(简称P+F) 成立于1945年一个无线电修理店中。1958年，倍加福公司发明了世界首款接近开关以及首只内安型隔离式安全栅，使工厂自动化和工业防爆应用领域发生了全新的变革。倍加福传感器是有口皆碑、世界公认的国际性品牌，倍加福拥有先进的技术、优质的服务、勤勉的销售与技术团队。

倍加福公司为世界上最大、最有经验的本安接口生产商。其安全栅是倍加福(PEPPERL+FUCHS)公司的核心产品。品种之丰富、处理特殊应用难题之能力一直处于世界领先地位。其产品应用遍及石油、化工、石化、天然气、医药等存在易燃易爆危险场所的工业领域。倍加福提供全系列的安全栅产品用于保护危险区中的电信号。

突出特点： 德国倍加福拥有60年左右的传感器生产研发经验，其突出特点：响应速度快、微型结构、具有多种安装方式、稳定性好、精确度高、干扰性强、检测范围大等特点。

五、德森克 di-soric传感器（德国）

di-soric(德森克)公司在工业自动化领域的标准型及特殊型传感器的应用支持，产品研发和生产方面，已经有25年的历史。di-soric(德森克)在传感器技术方面已经有很多年的经验，由于具备高素质的专家队伍及优良的现代化生产设备，使得它可以研发、生产及销售标准型及特殊型传感器产品。

公司总部是位于斯图加特东部的Urbach，生产研发基地位于多特蒙德南部的Lüdenscheid。德森克的产品服务于德国的数千个客户。不但有中小客户，同时也有国际大集团，还有数个汽车生产厂商。

突出特点： 德森克 di-soric产品被全球客户广泛使用是其独特的卖点，特别是槽型光电开关，是20年前发明的。建立产品定制系统，是德森克 di-soric生产部门的一大优势。　　di-soric(德森克)的产品已成功取得世界及欧盟的质量标准认证。商标也已经注册，质量管理体系确保有一套完整的高质量产品品质。

六、西克(SICK)智能传感器（德国）

德国SICK-Sensor Intelligence，专注于为物流自动化、工厂自动化和过程自动化提供日益智能化的全球领先的传感器件和整体解决方案。西克于1946年创建，至今已发展成为全球领先的集团公司。西克(SICK)持续的创新、领先的技术工艺以及严格的成本控制，确保了西克在全球众多领域应用市场上的领军地位。

突出特点： 西克SICK传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，比如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等;也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，比如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。尤其它的光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。西克新的光电器件不断涌现，尤其是CCD图像传感器的诞生，为SICK传感器传感器的进一步应用开创了新天地。

七、WIKA威卡传感器（德国）

WIKA公司是德国乃至世界上最大的专业生产机械电子压力和温度测试仪表及设备的厂家，公司总部位于德国法兰克福克林根堡，是一个拥有6000多名雇员的大型生产型企业。威卡WIKA公司是专业生产机械、电子压力和温度测试仪表及设备的厂家,其中在德国的市场占有率在90%以上，在欧洲50%以上。

突出特点： 威卡传感器拥有德国标准局(DKD)直接授权的压力和温度实验室，WIKA标准表校验证书经西欧标准局(WECC)许可，已得到14个欧洲国家的承认。德国威卡WIKA拥有一系列产品，比如普通压力表、全不锈钢压力表、隔膜压力表、压力变送器、充油压力表、双金属温度计、气体膨胀式温度计、温度变送器等等，可满足各行各业，各种环境下的使用。

八、Baumer堡盟传感器（德国）

德国Baumer(堡盟)是闻名世界的具有50年历史的工业自动化传感器产品的生产者，德国堡盟集团在传感器、编码器、过程仪表以及视觉技术的研发和生产方面处于世界领先地位。只要一提到BAUMER，很多人应该都知道BAUMER是专门做传感器和编码器的厂商之一。堡盟集团在全球19个国家的38个分公司拥有约2300名员工。德国BAUMER从1934年起为钢铁、矿业、港口、造纸等行业制造高精度、高稳定性、多功能化的编码器和测速电机，应用于钢铁、矿业、港口、造纸等行业，比如HOG22+HTA11+ES100用于热轧线，HOG100用于冷轧钢板，OG6用于冷锻机，OG60用于激光切割，TDPZ0.2用于冷锻挤压机，AMG10用于连续浇铸等。

堡盟在美国，瑞典，德国，法国，意大利，英国和加拿大都拥有自己的生产工厂，产品覆盖全球110 多个国家作为在精密传感器技术的世界领先者，Baumer一直致力于工业自动化与过程控制产品的研制，

突出特点： 德国堡盟无论是用于物体识别还是位置测量，是微型化还是极其坚固的设计，堡盟都拥有适合于各种应用的传感器。将不同的传感器功能封装于标准外壳中，不仅方便用户装配，而且将设置时间减至最少。堡盟可以提供从电感式传感器到视觉传感器的广泛产品系列，并提供全面的建议。

九、BALLUFF巴鲁夫传感器（德国）

德国BALLUFF成立于1921年，目拥有近百年历史，是一个世界领先的传感器制造商，并且提供创新和实际检测解决方案，为汽车行业、冶金行业、机床行业、风电行业提供广泛的应用。巴鲁夫总部位于德国斯图加特市的挪因豪森，享有最高的国家之一增长率，尤其在自动化产业、能源产业，在德国、美国、瑞典、巴西、匈牙利、中国及日本拥有生产基地。市场遍布全球，十分注重本土化与全球化共同发展。拥有享誉世界的传感器技术。巴鲁夫是巴西第一家及唯一一家从事自主生产的传感器制造商。如今巴鲁夫不再仅仅位于诺伊豪森，而是遍布欧洲、亚洲、北美、南美和其他所有的重要市场，为客户提供所有自动化领域的高品质传感器、识别及网络解决方案。

突出特点 ：对于德国传感器产品而言，西克传感器是做光电传感器出身的，因此，其性能在业界相当不错，但价格也不低。除此之外还有扫描仪，安全光幕，激光测距和水位开关等。而巴鲁夫的电感接近开关非常不错，甚至比西克略胜一筹，而光电开关就相对一般，正所谓术业有专攻。因此，有说法，光电买西克，接近开关就买巴鲁夫。假如考虑价格，对性能又没有太多要求，德国的两个品牌都不错。

十、TURCK图尔克传感器（德国）

德国Turck是全球著名的自动化品牌，作为工业自动化领军企业已有40多年的历史，总部位于德国，为工厂自动化及过程自动化提供了高效率和系统化的全方位解决方案。Turck公司是全球第一批充分认识到将电子元件应用于自动化生产线控制的可能性的公司之一，尤其在国际工业自动化控制技术领域内，特别是传感器制造方面赢得了极高的声誉和领导地位。值得关注的是，德国图尔克公司拥有世界一流的服务。TURCK(图尔克)旗下囊括近15000种丰富多样的传感器产品、工业现场总线产品、过程自动化产品和各类接口及接插件产品，为工厂自动化及过程自动化提供了高效率和系统化的全方位解决方案。

突出特点： TURCK(图尔克)传感器具有微信化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。尤其是精度高、稳定性好。

十一、IFM易福门传感器（德国）

德国易福门电子在德国和美国的公司从事研发和生产。企业的行政和销售管理位于德国鲁尔区的艾森市，销售分公司遍布全球重要的区域和国家。1969年易福门新研发的品牌产品"efector"接近开关，易福门电子成立于1969年底，现在有51周年历史，从公司成立以来他们一直在不断地发展壮大。易福门为所有要求工业自动化的行业提供产品和系统。客户从他们得到的不是现成的方案，而是特别根据行业的要求量身制做的位置传感器、流量传感器、通信和控制系统以及安全技术领域等产品范围的方案。

易福门作为第二代家族经营企业，公司总部设在德国艾森市，其研发和生产基地位于泰特南市康斯坦斯湖边，后者是一个与德国密不可分的工业重镇。德国易福门的7844种产品88%是在这里生产的。公司有450多名员工在这里从事研发工作，并与多所研究机构、大学、创业公司密切合作，曾经取得了580多项专利、约440有效专利和专利申请以及面向未来的创新产品解决方案。这些成果为所有产品提供有力的保障。

突出特点： 易福门特别根据客户行业的要求量身制做的位置传感器、流量传感器、通信和控制系统以及安全技术领域等产品范围的方案。易福门的座右铭是——朝着既定的目标不断地发展。值得一提的是，易福门追求的不是技术可行性的发展，而是符合客户利益的理性发展。易福门在此基础上用易福门的技术制定符合技术及经济利益的方案。极其广泛的产品线是易福门公司的十分重要强项，其中不仅涵盖标准解决方案，而且还能满足个别行业的特殊要求。值得一提的是，1969年这家家族企业发明了基于薄膜技术的电感式接近传感器。

十二、OMRON欧姆龙（日本）

日本欧姆龙株式会社是全球闻名遐迩的自动化控制及电子设备制造厂商，掌握着世界领先的传感与控制核心技术。自1933年创业至今的七十余年中，通过不断创造新的社会需求，公司全球业务遍及35个国家和地区，拥有超过25，000名员工；产品品种达几十万种，涉及工业自动化控制系统、电子元器件、社会公共系统以及健康医疗设备等广泛领域，在全球业内建立了响亮的品牌，占据着不可替代的地位。欧姆龙在世界上率先开发并生产出一系列产品与设备系统，比如无触点接近开关，电子自动感应信号机，自动售货机，车站自动售检票系统，癌细胞自动诊断等等。

OMRON欧姆龙集团始创于1933年，拥有87周年奋斗历史，现有员工32583人，全球营业额6272亿日元，产品品种达几十万种，涉及工业自动化控制系统、电子元器件、汽车电子、社会系统以及健康医疗设备等广泛领域。

突出特点： 光欧姆龙电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得十分广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为OMRON传感器应用打开了新的空间。

十三、SIEMENS西门子（德国）

德国西门子股份公司创立于1847年，是全球享誉世界的电子电气工程领域的领先企业。西门子(Siemens)自1872年进入中国，140余年来以创新的技术、卓越的解决方案和产品坚持不懈地对中国的发展提供全面支持，并以出众的品质和令人信赖的可靠性、领先的技术成就、不懈的创新追求，确立了在中国市场的领先地位。2014年9月，西门子股份公司和博世集团达成协议：西门子彻底退出家电领域。出售家电业务正是西门子专注于电气化、自动化和数字化战略的体现。

突出特点： 德国西门子传感器的特点同样包括“六化”：比如微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。值得一提的是，传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体变得活了起来。根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等类。而西门子传感器在许多领域都显得出类拔萃。

十四、TRAFAG（瑞士)

瑞士TRAFAG公司是著名的欧洲压力传感器及控制产品生产厂商。其产品广泛应用于各工业领域。尤其适用于要求使用精度高，环境苛刻的场所。TRAFAG公司研制和生产工业压力设备：如传感器专为测量和监测气体的压力/温度/密度。TRAFAG产品广泛应用在：船舶大厦、引擎管理、机械工业、工艺技术、高压危险地区、供暖、通风及空调、汽车等行业等。

突出特点： 瑞士TRAFAG是欧洲久负盛名的压力传感器厂商。其产品广泛应用于空压、液压、水处理、空调制冷、工程机械等。尤其是它基于溅射薄膜原理的压力传感器：具有高精度及高稳定性。基于陶瓷厚膜原理的传感器价格相对合理，尤其耐腐蚀性好。值得一提的是，其液压系统专用的8891（8251）系列是欧洲著名品牌，拥有非常大的市场份额。很多直接从欧洲进口的机械设备中都能见到该款产品的身影，所以好的产品往往能经得起时间的考验。

十五、SUCO苏克（德国）

德国SUCO(苏克)公司成立于1938年，现在有82周年历史，其产品主要有两大板块，一是压力测控，包括机械式压力开关，真空开关，电子压力开关，压力传感器和压力变送器;二是传动产品，包括刹车，离合器，电磁离合器和制动器。德国SUCO(苏克)公司通过了DIN EN ISO 9001:2000认证，产品广泛应用于CNC数控机床，精密测试仪器以及最先进的测量装置。

突出特点： 德国SUCO产品主要有两大板块，一是压力测控，包括机械式压力开关，真空开关，电子压力开关，压力传感器和压力变送器；二是传动产品，包括刹车，离合器，电磁离合器和制动器。产品广泛应用于CNC数控机床，精密测试仪器以及先进的测量装置。德国SUCO传感器的共同特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。值得一提的是，德国SUCO传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。需要提醒的是，苏克微型化是建立在微电子机械系统（MEMS）技术基础上的，已成功应用在硅器件上做成硅压力传感器。

十六、GEMS捷迈（美国）

GEMS(捷迈)是Gems传感与控制公司的品牌。公司创立于1955年，经过65年积累目前已经显然是压力、流量、液位传感器以及电磁阀技术的知名企业。Gems产品销售遍及全球，加之在制造经营、柔性工程和60多年的发展经验使得Gems能够为客户提供创新且经济的传感方案。Gems压力传感器、流量传感器、液位传感器、温度传感器和微型电磁阀广泛应用全球工程机械、空调制冷、液压设备、水处理、石油化工、医疗诊断(IVD)等行业。

历史上，1955年，公司创始人Edward H. Moore在地下室中发明了第一台液位指示器并于1959年获得了专利。Gems的首次商业成功来自于一款用于小型造船业的舱底开关。由于Gems产品很快得到了船舶和工业界的认可，

突出特点 ：Gems拥有丰富的应用知识，创新的传感器和电磁阀设计，快速的客户订制方案，完善的产品线，曾经为OEM客户提供适合的流体测量解决方案。值得一提的是 Gems已经通过ISO9001，IS01345，UL和CE认证。

十七、VAISALA维萨拉（芬兰）

VAISALA是芬兰著名的工业测量仪器设备制造商，Vaisala现在是全球公认的环境与工业检测技术的领导者。他们的业务包括二氧化碳测量、光亮度测量、油中水份的含量、压力传感以及路面状况测量，此外他们还有多功能天气传感器，主要测试风、雨以及湿度。VAISALA公司的主要客户群为世界各国的气象、民航、国防安全、道路和铁路交通、水文资源管理组织，以及各研究机构、保险行业、公用事业以及各种工业领域，公司生产的产品97％用于出口，尤其是其环境测量产品居于世界领先地位。

突出特点： 维萨拉公司的创立者和管理者VilhoVäisälä教授曾经发明了关于无线电探空仪的原理，并于1931年12月生产出第一台芬兰制造的探空仪。维萨拉公司成立初期，出口业务就占其总金额的95%以上。 从小规模开始生产，维萨拉公司就确立了自己在测量领域的领先地位，并成为芬兰著名的出口企业。维萨拉公司产品97%销往世界140多个国家。先进的技术、敏锐的科学研究和稳定的发展使得维萨拉公司的产品在专业领域享有极高的声誉。

十八、Hillcerestlabs（美国）

HillcrestLabs是全球著名的运动控制软件硬件供应商。该公司和LG、三星、博通等是战略伙伴合作关系。是一家拥有超过15年的丰富传感器处理经验的供应商。

突出特点： Hillcrest Labs 拥有自主研发的传感器算法和软件 MotionEngine，以及惯性测量单元（IMU），广泛用于机器人、无人机精确导航等终端设备。官方数据显示，目前已经有超过 1 亿台设备采用了 Hillcrest Labs 的传感器技术。

十九、OPTOI传感器（意大利）

OPTOI传感器公司是有20年历史的意大利公司。最初专注于电子包装，现在他们设计和研发应用于工业、环境、生物医学、电信和航空航天领域的硅传感器。

突出特点： OPTOI拥有四种类型的传感器：光学、反射、化学MEMS以及磁传感器。许多光传感器被用在条形码扫描和运动控制系统，他们的发射传感器有应用于自动交易系统和医疗条形码扫描仪。其合作伙伴Bellini将花费一年的时间检测冰山的变化，检测冰如何变成冰山，冰山又如何变成水。OPTOI将为Bellini提供传感器以检测环境变化和生物识别。

二十、MC10传感器（美国）

MC10是伊利诺斯大学香槟分校JohnRogers教授创办的，MC10成立的技术基础是“可伸缩电路”。该公司的目标是：重新定义人体与电子电路的接口，将人尽可能武装成超人。MC10曾经联合消费电子及医疗领域的巨头，发布首款贴合皮肤的传感器。

突出特点： MC10的“生物印章”是能够自适应穿戴者拉伸、弯曲和移动的传感标签设计。生物印章应用薄膜电池技术开发了可充电电池，从而可以测量多项生理机能，测量可以反映大脑、肌肉、心跳以及体温的神经系统数据，并且可以测量应用于人体健康和医疗设备的水化水平。

让硅发光强度提高超十倍！中国留学生实现全硅基芯片间高速光通信

当晶体管小到无法再缩小、单位面积电子芯片的性能难再提升，当摩尔定律失效将成事实，人们不再执着于单纯提升电子芯片的时钟速度和传输带宽，转而尝试将光与电的优势结合起来，以期收获 1+1>2 的效果。

作为一种使用最为广泛的半导体材料，硅在微电子、传感和光伏领域几近全能，从手机、电脑里最基础的 CPU、GPU、内存闪存，到绝大多数消费电子产品的摄像感光元件，再到新能源领域举足轻重的光伏电池等都被它所垄断。但硅唯独欠缺独立发光能力，这致使光电半导体器件只能用其他材料替代。如几乎所有的 LED 固态照明装备、LCD 显示屏的背光、及代表未来平面显示技术的 micro-LED 阵列，均是基于 III-V 族半导体的氮化镓。

（来源：Pixabay）

III-V 族材料发光性能一流，但由于材料与制造工艺的巨大差异，将 III-V 族材料制成的 LED 或者微型半导体激光器和硅基芯片结合到一起需要非常多额外的工序、封装以及互联方案，这大大增加了芯片或者模块的制造成本，降低了集成度和可靠性，且增加了数据延迟。

近期，在提高硅的电致发光亮度与速度以及在商用微电子芯片内部直接实现全硅基光电融合上，麻省理工学院 RLE 实验室 (the Research Laboratory of Electronics) 博士生薛今联合半导体厂商格罗方德的合作研究人员取得突破性进展，为微电子芯片光互连、短距高速光通信以及高度集成的光学传感与探测提供了全新的可能性。

他们设计了一种微米级大小正向偏置全硅基 LED，在完全集成于 55 纳米制程商用 CMOS 微电子芯片（无任何实验室处理）的基础上实现了低电压、高速高亮的近红外发光，其发光强度和调制解调速度可同时达到此前类似器件实验室记录的十倍以上。

图｜硅基 micro-LED 集成在 55BCDL CMOS 上

此外，他们还尝试了将该 micro-LED 和另外单独开发的单光子雪崩二极管以及其他微电子器件全部集成于单块硅芯片，并首次概念性演示了基于光纤传输的全硅基芯片到芯片的高速光通信。该项研究在 2020 年 12 月的 IEDM（International Electron Devices Meeting，即 IEEE 国际电子器件大会）会议上进行了介绍，并在 IEEE Transactions on Electron Devices 上进一步发表。

在薛今看来，硅作为一种最重要的半导体在发光能力上的缺陷 “就像一张接近完美的拼图少了一块，而且是非常重要的一块。” 为使这张拼图完整呈现，薛今大概从 2 年前正式踏上 “缺失拼图的搜寻之路”，他相信这块拼图的去向是有迹可循的。因为，“硅具有优异的感光性质，单纯从热力学可逆性的角度上来说，获得类似的发光性能并非绝无可能。”

通常条件下硅几乎无法发光，那就创造特殊条件让它发光

在出发 “搜图” 之前，薛今像众多研究者一样对 “硅发光能力出逃” 的可能路线做了充分研究，探索它出逃的原因、分析它可能去的地点等。

其实，早在二十世纪八十年代末期，研究人员就已经预测到了硅基发光器件的巨大潜力，并提出了全硅基光电融合的设想。在那之后的二三十年里，全世界掀起了一股开发硅基 LED 甚至硅基激光器的热潮。为克服硅的间接带隙这一本源性质，研究人员提出了纳米晶体量子约束、锡锗合金改变能带结构、参杂稀土元素、制造特殊缺陷的能级跃迁直接改变晶体结构、利用雪崩效应发光等方案，但每种方案在带来一方面进步的同时都在另一方面存在难以克服的障碍。以至于迄今为止高效、高亮的硅基发光器件都未能实现。

薛今在他的研究过程中发现，业内此前的研究过于强调直接从硅的间接带隙性质进行突破，而忽略了其他的策略 —— 如绕开间接带隙性质这一障碍转而去控制其他限制电致发光的本质因素。

他告诉 DeepTech：“半导体发光现象的本质其实是内部各种载流子复合机制的竞争。这好比一条注入了电子的主水管分岔成好几条支路，其中只有一条支路通向发光，而其余的都是发热。既然间接带隙这一固有性质使得硅的发光道路特别崎岖难走，那就想办法掐断其他所有让他不发光的道路。譬如，减少载流子在不理想的材料表面复合并产生声子（发热）的可能性。”

所以，为了实现硅的高发光率，薛今利用新的器件设计方案把载流子引入、并约束在高质量介面内部，最大程度上抑制载流子复合成声子发热的可能性，为硅营造了一个电子直达其 “内心世界” 的 “专属通道”。

图｜直径 4 微米的 CMOS LED 的显微照片，左（断电状态下）右（通电状态下），用普通的 CMOS 相机拍摄所得

经过实验表明，在室温环境下薛今设计的硅基 LED 在 2.5 伏特以下，芯片外部发光强度可以稳定达到 40mW/c㎡以上。这一亮度已远超过一般手机屏幕或者家用显示器电视的最大亮度。这种更高的发光性能将有助于硅在微电子领域的光通信、光传感等方面发挥优势。

图｜各种硅 LED 的发射强度与工作正向电压的关系（4 微米直径 LED 的强度与偏置电压的关系）

并且，在未来微电子和光电器件趋小的发展走势下，薛今说，微型硅基 LED 将展现出更大的优势。

他在研究中发现，所有微型半导体发光器件的效率均正相关于核心载流子复合区域的体积与表面积的比值，且同时正相关于该区域的介面表面性质。简单来说，就是无论哪一种半导体所制成的发光器件，体积越小则效率必然越低，另外材料的介面性质不佳也会使效率成倍变差。

最近的研究表明，III-V 族半导体在缩小到一微米及以下时，几乎变得和硅一样难以在常温下电致发光。薛今说，“III-V 族半导体的介面性质很难处理好，只不过现有的发光器件体积都很大，基本都是毫米级别，问题尚未显现。但若未来顺应高度集成化的需求将器件进一步微型化，这一缺陷就会越发凸显。然而，对于硅来说，器件越小相当于其他半导体的优势就越大。因为，一些特殊制备的氧化硅、氮化硅介面的表面性质远远好于其他半导体，若对这一性质利用得当的话（约束载流子复合）硅基微型发光器件将扳回一城。”

将为光电集成应用带来全新解决思路

受限于硅几近于无的发光能力，目前使用的 LED 以及半导体激光器多基于 III-V 族元素，这在许多依赖于硅的高度集成解决方案里（譬如硅基光子集成回路、主动光电传感器等）属于无可奈何的 “妥协”。

而把可单独自调制的硅基微型发光器件阵列直接集成到传统的数字 / 模拟 / 感光芯片上，不再需要额外 “粘贴” 任何 III-V 族半导体或者参杂稀土元素，不同材料带来的问题也就不再存在，这将为未来的光电集成应用带来全新的解决思路。

其中一个重要应用是光互连。目前微电子芯片计算架构的速度瓶颈其实主要是芯片之间以及内部基于电子的信息传输速度，而非时钟频率。受限于能耗和发热等因素，现在使用金属互连的通信带宽（如 CPU 与内存之间、GPU 与显存之间）很难超过 1Tbps，学界和前沿业界认为光互连（optical interconnect）将会取而代之，并带来一场计算架构的全新革命。目前，基于这一理念设计的高速光通讯模块已经在谷歌等大型数据中心得到应用，Intel 等传统半导体厂商在这一技术上也有布局。

但目前的光互连、光计算解决方案仍采用独立的 III-V 族半导体激光器，作为光源进行外部调制。当作为最理想的集成光源 —— 自调制微型硅基发光器件加入，将有可能改变这一格局。

“设想一块类似于 CMOS 感光器件的大型硅基光源阵列，完全集成于模拟驱动模块和逻辑处理模块，并且无需外部调制，这将使得光互连的通信带宽或是光子计算的并行速度轻松提高成百数千倍，同时降低功耗并缩小芯片面积。这对将来的高性能计算架构有很大意义。另一方面，与商用 CMOS 微电子制程的高度集成将使其有机会走入千家万户，而非永远停留在科研上”，当然，薛今也表示，前景可观，但要达到这一程度的系统集成还有很多工作要做。

对此，薛今及其合作者也进行了尝试，他们将全新设计的 micro-LED 和另外开发的单光子雪崩二极管以及其他微电子器件全部集成于单块商用硅芯片，并首次概念性地演示了基于光纤传输的全硅基芯片到芯片的高速光通信。在初步验证中达到单个硅基 micro-LED 的调制解调速度达到了 250MHz，芯片间单信道光通信为 10MHz。薛今也强调，这一速度仍受限于实验室测试设备，而非器件本身的瓶颈。

图｜信息传输测试

此外值得注意的一点是，这一硅基芯片间高速光互连的首次演示同样是在目前业界成熟投产的微电子芯片制程（55 纳米）上完成，这表明，他们的设计方案达到的效果并非苛刻实验条件下产生的效果，是离实际应用更近的现实解决思路。

也就是说，硅的发光能力提高后，COMS LED 的集成将不再需要额外制作的高昂成本，到那时硅光技术将可以用在更多方面。

薛今举例说道，比如现在最新的 iPhone 里面只有价格最高的机型中采用了激光雷达技术（Lidar）。这就是因为目前激光雷达中光源阵列的发光元件是 III-V 族半导体砷化镓，而其他驱动芯片、感光阵列等都是硅，把不同材料封装在一起的成本正是激光雷达成本高昂的原因。这也使得目前该模块体积较大，而且受限于光源阵列的大小，精度也一般。

而当发光元件也是硅的时候，光源阵列、感光阵列、驱动和逻辑处理直接集成在一起，便可以省去昂贵的封装成本。更为重要的是，将可以在更小的模块体积下达到更高的分辨率和精度。到那时，不仅 iPhone 所有机型都可以用激光雷达，甚至所有的智能家电都可以使用这一技术。

在薛今的本次成果中，硅基发光的性能虽比以往有了长足进步，但尚不足以挑战业已成熟的 III-V 族半导体。不过，薛今及其合作者表示，他们已通过进一步实验表明，未来微型化的硅基半导体发光器件将有可能达到甚至超过现有 III-V 族半导体器件在类似条件下的性能。

从兴趣和不解出发，探究阻碍硅发光的秘密

说到对硅在发光方向上的研究，薛今说 “这是很自然的事情”。

图｜薛今（来源：受访者提供）

他出生于江苏常州，曾就读于江苏常州高级中学。高二时他获得了新加坡政府奖学金，并赴新完成了本科学业。

2012 年，薛今获得南洋理工大学电气与电子工程学士学位，并取得新加坡最高的国家科学奖学金，次年前往 MIT 电子工程与电脑科学系攻读硕士和博士。今年春天即将毕业。

从本科最开始接触光纤激光、到在 MIT 研究光电半导体器件，他的研究方向就是他的兴趣所在。

在 MIT 最初几年，他提出了氮化镓（GaN）半导体发光效率超过 100% 的可能性（即直接从空气中吸热发光），并尝试为光电半导体器件构建一个基于热力学和统计力学的理论框架，希望从不同视角带来全新的认知。由此便延伸到硅的发光上，就像前文提到的，“（根据热力学的可逆性）硅是一个很好的光的探测器，它既然可以很好地吸收光，为什么不能发出光？” 这一好奇开始，薛今从硅基光电结合领域的研究出发，一步一步探究阻碍硅发光背后的原因。

现在，薛今已经用他的方法解决了自己的疑问，也在全硅基集成发光上做好了规划。

接下来，他将进一步探索集成光学腔以实现微型硅基激光器的可能性，以及硅光子系统集成的验证，希望硅能够发出更亮的光、达到更高的效率，实现芯片之间甚至内部更高速的信息传输，应用在实际中如面部识别将更快速、更精准等。

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