一般而言，分析儀器的發(fā)展可分為兩種：一是分析儀器本身、內(nèi)部的發(fā)展，二是分析儀器相關(guān)器件的發(fā)展所帶動(dòng)的分析儀器的發(fā)展。光探測(cè)器是光譜類科學(xué)儀器的“眼睛”，是搜集信號(hào)、進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換的核心、關(guān)鍵部件，其發(fā)展對(duì)分析儀器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起著巨大的推動(dòng)作用。

光電倍增管是大家熟知的光探測(cè)器，廣泛應(yīng)用于各類光譜儀器中。但近年來(lái)，一些國(guó)際儀器生產(chǎn)廠家已開(kāi)始將ICP、光電直讀光譜儀等儀器中采用的光電倍增管逐漸換成了半導(dǎo)體光探測(cè)器，其中使用較多的是CCD（Charge-Coupled Devices，電荷耦合檢測(cè)器）。那么，半導(dǎo)體光探測(cè)器能否取代光電倍增管？半導(dǎo)體光探測(cè)器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)如何？日本濱松公司未來(lái)將如何發(fā)展半導(dǎo)體光探測(cè)技術(shù)？該公司是如何看待中國(guó)儀器行業(yè)？未來(lái)將如何拓展中國(guó)市場(chǎng)？本文將逐一為大家解答。

日本濱松光子學(xué)株式會(huì)社（以下簡(jiǎn)稱“日本濱松公司”）是光子技術(shù)和光電探測(cè)器的世界知名企業(yè)，其主要產(chǎn)品有光電倍增管、光電二極管、圖像傳感器、各種光源、大功率半導(dǎo)體激光器等光器件。該公司固體事業(yè)部主要研發(fā)、生產(chǎn)各種半導(dǎo)體光電器件及其模塊化產(chǎn)品。

2010年9月1日，日本濱松公司固體事業(yè)部在北京舉辦“2010 HAMAMATSU光半導(dǎo)體技術(shù)交流會(huì)之專家交流會(huì)”。日本濱松公司專務(wù)取締役兼固體事業(yè)部部長(zhǎng)山本晃永先生親臨現(xiàn)場(chǎng)。以此為契機(jī)，儀器信息網(wǎng)編輯在專家交流會(huì)現(xiàn)場(chǎng)就半導(dǎo)體光探測(cè)器的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)、日本濱松固體事業(yè)部未來(lái)的發(fā)展方向采訪了山本晃永先生。

半導(dǎo)體光探測(cè)器的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

“Photon is Our Business”，日本濱松公司最初是靠光電倍增管起家，主要用該產(chǎn)品來(lái)探測(cè)肉眼看不見(jiàn)的光子。該公司致力于了解光子以及光子與其他物質(zhì)的相互作用，將相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品并使其產(chǎn)業(yè)化。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，日本濱松公司不僅不斷改良真空管探測(cè)器，同時(shí)也大力發(fā)展了半導(dǎo)體光探測(cè)器。

該公司固體事業(yè)部多年來(lái)一直從事半導(dǎo)體光探測(cè)器相關(guān)技術(shù)的研究。近幾年，固體事業(yè)部非常重視圖像傳感器的研發(fā)，并在半導(dǎo)體光探測(cè)器的集成化、模塊化上取得了較大進(jìn)展。山本晃永先生詳細(xì)地闡述了濱松的研究成果以及他對(duì)半導(dǎo)體光探測(cè)器技術(shù)發(fā)展的看法。

日本濱松公司固體事業(yè)部的主要產(chǎn)品

（1）在光探測(cè)器領(lǐng)域，從真空管技術(shù)到半導(dǎo)體技術(shù)是大勢(shì)所趨

山本晃永先生認(rèn)為，從真空管技術(shù)到半導(dǎo)體技術(shù)是大勢(shì)所趨，日本濱松公司不能逆流而上。光電倍增管雖然是高性能的探測(cè)器，公司也對(duì)真空管探測(cè)器進(jìn)行了一些改進(jìn)，如增強(qiáng)其量子效率、使其小型化等，但仍殘留一些難以解決的問(wèn)題，比如操作上玻璃材料的繁難性、高電壓的必須性等，這些難題限制了光電倍增管的使用。

但光電倍增管擁有光子探測(cè)靈敏度高的固有優(yōu)勢(shì)，半導(dǎo)體光探測(cè)器不可能完全取而代之，但后者的市場(chǎng)主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)將日益明顯。目前在日本濱松內(nèi)部，固體事業(yè)部的銷售額已超過(guò)了生產(chǎn)光電倍增管的電子管事業(yè)部，占據(jù)濱松所有產(chǎn)品總銷售額的半壁江山。

日本濱松公司在繼續(xù)研究真空管技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的基礎(chǔ)上，將專心致力于相關(guān)模塊和系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)?？傊?，所有與光子相關(guān)的技術(shù)，日本濱松公司都將采取積極的態(tài)度。

（2）CCD已發(fā)展得比較成熟

隨著技術(shù)的進(jìn)步，用于分光光度計(jì)、近紅外光譜、拉曼光譜等光譜儀器的CCD已發(fā)展得比較成熟，其性能已有了很大改進(jìn)。

日本濱松公司研發(fā)出的背面入射（Back-illuminated）CCD圖像傳感器，能減少CCD的Etaloning Effect（注：Etaloning Effect是存在于非常薄的CCD芯片中，入射光線因?yàn)樵谛酒?、后表面發(fā)生光反射而產(chǎn)生干涉，導(dǎo)致CCD分光靈敏度曲線在900nm附近凹凸不平的現(xiàn)象），從而能顯著提高圖像傳感器的靈敏度、量子效率、響應(yīng)時(shí)間以及信噪比。通過(guò)拼接技術(shù)，濱松將許多CCD加以拼接，使其面積增大。目前最大的CCD平板圖像傳感器大小可達(dá)2mX2m，量子效率非常高，同時(shí)對(duì)近紅外長(zhǎng)波的探測(cè)能力也大幅提高，可用于天文和宇宙探測(cè)領(lǐng)域。目前，全世界大部分的天文望遠(yuǎn)鏡、人造衛(wèi)星都在使用日本濱松的半導(dǎo)體光探測(cè)器產(chǎn)品。

各類CCD圖像傳感器

（3）CMOS發(fā)展前景看好，日本濱松公司力求讓其取代CCD

山本晃永先生說(shuō)到，CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）圖像傳感器與CCD在生產(chǎn)工藝上有許多相似之處，因其在集成化、生產(chǎn)成本、響應(yīng)時(shí)間、使用方便、耗電量等方面的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展尤為迅速，甚至可能比CCD圖像傳感器發(fā)展更為快速。目前，CMOS和CCD各有所長(zhǎng)，CMOS還不能完全取代CCD，但是未來(lái)在很多領(lǐng)域CCD會(huì)被CMOS所取代。

日本濱松非常看好CMOS的發(fā)展前景，在CMOS上傾注很大精力，不斷加大該產(chǎn)品的研發(fā)力度，力求讓CMOS取代CCD。公司針對(duì)CMOS的缺點(diǎn)進(jìn)行了一些改進(jìn)，引入背面入射技術(shù)（back-illuminated）的同時(shí)，采用碘化銫作為轉(zhuǎn)化晶體，提高探測(cè)器的靈敏度與效率。經(jīng)過(guò)改造之后，APS（Active Pixel Sensor，有源像素傳感器，是CMOS的一種）的性能幾乎可以做得與CCD一樣好。

近期日本濱松推出了多款大小不一、功能各異的CMOS新產(chǎn)品。例如用于牙科檢查的CMOS，形狀小巧、適合人的嘴型，且可以一次成像；而用于乳腺癌檢測(cè)的CMOS平板檢測(cè)器具有面積大、探測(cè)速度快、解析度高、低劑量的特點(diǎn)，能避免X射線對(duì)人體的傷害。

日本濱松生產(chǎn)的各類CMOS圖像傳感器

（4）MOEMS、MEMS促成了半導(dǎo)體光探測(cè)器的模塊化、小型化

MOEMS（Micro-Opto-Electro-Mechanical System，微光機(jī)電系統(tǒng)）是在MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微機(jī)電系統(tǒng)）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，該系統(tǒng)把微光學(xué)元件、微電子和微機(jī)械裝置有機(jī)地集成在一起，能夠充分發(fā)揮三者的綜合性能，可實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件間的自對(duì)準(zhǔn)，可用于光學(xué)器件和裝置的制造。

日本濱松公司不僅生產(chǎn)各類半導(dǎo)體探測(cè)器，還生產(chǎn)與各種探測(cè)器相關(guān)的信號(hào)處理電路、數(shù)據(jù)采集卡以及模塊產(chǎn)品。固體事業(yè)部充分利用MOEMS與MEMS技術(shù)，在光電二極管、雪崩二極管、圖像傳感器等產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)出了光電二極管電路及模塊、硅雪崩二極管模塊、圖像傳感器模塊等模塊化產(chǎn)品。以CMOS圖像傳感器為例，采用MOEMS技術(shù)可將圖像傳感器、光柵、后續(xù)電路加工在同一塊硅片上，這樣實(shí)現(xiàn)了元器件的集成化、小型化，同時(shí)也方便用戶的使用。

拇指大小的超小型分光計(jì)

近期研發(fā)出來(lái)的超小型分光計(jì)，采用了MEMS的納米壓?。∟anoTechnology）技術(shù)，只有拇指大小，敏感波長(zhǎng)范圍為340-750nm。從產(chǎn)品到產(chǎn)品模塊、系統(tǒng)，這將是日本濱松公司固體事業(yè)部以后所要堅(jiān)持的方向。

隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)于小型、可攜帶的東西的需求將增加。在日本，一些測(cè)試化妝品美白效果的小儀器很流行，類似的小型儀器在美國(guó)也很受歡迎。分析儀器、醫(yī)療儀器要走進(jìn)尋常百姓家，就必然要求其小型化，而儀器小型化必然要求其器件也小型化。半導(dǎo)體技術(shù)就是滿足這種需求的有效手段，其目前發(fā)展的重要主題是MEMS，而NanoTechnology（納米技術(shù)）應(yīng)該是關(guān)鍵。

從真空管技術(shù)到半導(dǎo)體技術(shù)、MEMS、納米技術(shù)，這是濱松技術(shù)的變遷。未來(lái)幾年，日本濱松公司仍要徹底地鉆研這些技術(shù)，這是不變的方針。而唯一要改變的是各項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)速度。技術(shù)開(kāi)發(fā)得越早，日本濱松的產(chǎn)品在技術(shù)上就越有競(jìng)爭(zhēng)力，這是很重要的。

與會(huì)濱松高層

（日本濱松光子學(xué)株式會(huì)社專務(wù)取締役兼固體事業(yè)部部長(zhǎng)山本晃永先生（右二）、北京濱松光子技術(shù)股份有限公司總經(jīng)理席與霖先生（左二）、北京濱松光子股份有限公司總經(jīng)理助理兼第一事業(yè)部部長(zhǎng)段鴻濱先生（左一）、日本濱松光子學(xué)株式會(huì)固體事業(yè)部伊藤伸治先生（右一））

濱松將加大半導(dǎo)體光探測(cè)器在中國(guó)市場(chǎng)的推廣力度

采訪中，山本晃永先生表達(dá)了對(duì)中國(guó)科學(xué)儀器行業(yè)發(fā)展情況的看法：中國(guó)科學(xué)儀器行業(yè)正蓬勃發(fā)展，雖然目前日本濱松的半導(dǎo)體光探測(cè)器在中國(guó)的用戶并不是很多，但公司更重視中國(guó)市場(chǎng)，將把最新的產(chǎn)品和技術(shù)推廣到中國(guó)來(lái)。

（1）中國(guó)科學(xué)儀器行業(yè)必將崛起，其市場(chǎng)容量巨大

回顧過(guò)往，手機(jī)、計(jì)算機(jī)在中國(guó)發(fā)展都很快，下一步中國(guó)的儀器儀表行業(yè)一定也會(huì)快速發(fā)展。醫(yī)療儀器、分析儀器都與人們的健康密切相關(guān)。中國(guó)人口是日本的十倍，這意味著如果中國(guó)儀器行業(yè)發(fā)展起來(lái)，那么其市場(chǎng)容量可能會(huì)是日本的10倍。而跟科學(xué)儀器發(fā)展密切相關(guān)的就是儀器探測(cè)器件的發(fā)展。

滿足用戶的需求始終是日本濱松公司努力的方向。作為儀器元器件的供應(yīng)商，日本濱松公司一定要領(lǐng)先市場(chǎng)一步，這樣才能提供市場(chǎng)需要的產(chǎn)品。雖然中國(guó)科學(xué)儀器行業(yè)可能還需要十年、二十年才能發(fā)展起來(lái)，但日本濱松對(duì)此非常有耐心，會(huì)非常關(guān)注中國(guó)市場(chǎng)需要什么樣的技術(shù)和產(chǎn)品，也會(huì)不斷地研發(fā)新產(chǎn)品去滿足這些需求。

（2）加大半導(dǎo)體光探測(cè)器在中國(guó)分析儀器行業(yè)的推廣力度

山本晃永先生介紹了日本濱松中國(guó)用戶的一些情況。濱松固體事業(yè)部生產(chǎn)的各式各樣的半導(dǎo)體探測(cè)器有50％銷往國(guó)外，其余在日本國(guó)內(nèi)銷售。許多國(guó)際知名的儀器生產(chǎn)商都在使用濱松的探測(cè)器。但在中國(guó)，雖有儀器企業(yè)也使用濱松的半導(dǎo)體探測(cè)器，但是數(shù)量較少。

日本濱松公司固體事業(yè)部的約50％的產(chǎn)品都應(yīng)用于醫(yī)療儀器，這個(gè)領(lǐng)域仍然是其非常重視的領(lǐng)域。同時(shí)，因?yàn)獒t(yī)療儀器與分析儀器存在許多相似之處，所以日本濱松公司打算將在醫(yī)療儀器領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)發(fā)展到分析儀器等領(lǐng)域。

同時(shí)，該公司將加強(qiáng)與中國(guó)用戶的溝通與交流，加大市場(chǎng)推廣力度，把固體事業(yè)部的半導(dǎo)體光電器件的新技術(shù)、新產(chǎn)品介紹給中國(guó)用戶，同時(shí)也要告訴他們?nèi)绾芜x擇、使用和應(yīng)用濱松的產(chǎn)品，希望能為中國(guó)儀器行業(yè)的發(fā)展盡一份力。

后記

在采訪過(guò)程中，筆者仔細(xì)聆聽(tīng)山本晃永先生對(duì)儀器企業(yè)發(fā)展的一些看法，他提到：“小規(guī)模的科學(xué)儀器企業(yè)若沒(méi)有特色，就沒(méi)有發(fā)展?jié)摿εc市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。島津、貝克曼等國(guó)際知名企業(yè)都是由有特色的小企業(yè)發(fā)展起來(lái)的。企業(yè)規(guī)模小并不可怕，可怕的是小企業(yè)沒(méi)有自己的特色、隨波逐流，只知模仿重復(fù)，不知發(fā)明創(chuàng)造，最終導(dǎo)致價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)，互相殘殺。日本濱松公司雖然是一家小公司，但一直很努力地研發(fā)光子相關(guān)的各種技術(shù)與產(chǎn)品，希望能夠通過(guò)公司的產(chǎn)品來(lái)促進(jìn)科學(xué)儀器行業(yè)的發(fā)展?！?

也許，日本濱松公司能夠發(fā)展壯大就在于它五十余年來(lái)一直堅(jiān)持自己的特色，將主要精力集中在自己優(yōu)勢(shì)的光探測(cè)器領(lǐng)域，因而能在儀器光電元器件市場(chǎng)上占有其他公司不可替代的一席之地。然而相比之下，目前國(guó)內(nèi)科學(xué)儀器企業(yè)總體“大不夠大，小不夠?qū)！?，儀器元器件企業(yè)發(fā)展更是緩慢，這些客觀因素決定中國(guó)儀器行業(yè)短時(shí)間內(nèi)或不會(huì)有較大改觀。同時(shí)，中國(guó)儀器生產(chǎn)企業(yè)不僅只盯著整機(jī)儀器的研發(fā)，也不能忽視儀器元器件的開(kāi)發(fā)。