VIGO Photonics – ukryty polski champion zaawansowanej technologii

Polska spółka VIGO Photonics SA jest światowym liderem w produkcji niechłodzonych, fotonowych detektorów podczerwieni. W latach 80 XX wieku, w Wojskowej Akademii Technicznej, zespół pod kierownictwem dr. hab. Józefa Piotrowskiego opracował unikalną wówczas technologię produkcji detektorów pracujących bez chłodzenia kriogenicznego, a następnie wdrożył ją w nowo utworzonej firmie.

Produkcja płytek epitaksjalnych

Jesteśmy jedyną fabryką półprzewodników w Polsce. Korzenie naszej firmy sięgają 1969, od rozpoczęcia działalności w zakresie produkcji czujników podczerwieni przez mojego ojca Józefa Piotrowskiego. Ojciec lata 70. poświęcił na dobieranie właściwych rozwiązań, aplikacji i materiałów. Działalność produkcyjną rozpoczął w latach 80., a jako VIGO w 1987 roku. Jeszcze przed tym rokiem firma, jako Zakład Doświadczalny przy Wojskowej Akademii Technicznej, sprzedawała swoje wyroby za granicę – do strefy dolarowej. Okazało się jednak, że w takiej formie organizacyjnej nie da się skalować sprzedaży więc, powołano jednostkę sektora uspołecznionego w oparciu o prawo przedwojenne, czyli spółkę z ograniczoną odpowiedzialnością – mówi Adam Piotrowski.

W Ożarowie Mazowieckim VIGO Photonics działa od 2007 roku. W 2013 powstał tu nowoczesny zakład zajmujący się produkcją półprzewodników i detektorów podczerwieni. Jako jedna z niewielu firm na rynku, VIGO Photonics oferuje szeroką gamę wysokiej jakości epi-wafli, które może produkować zarówno w dużych ilościach, jak i w małych partiach testowych.

Dyrektywa UE w sprawie ograniczenia stosowania substancji niebezpiecznych, zakazująca stosowania rtęci, kadmu i ołowiu w przemyśle znacznie ograniczyła rynek sprzedaży detektorów opartych na tellurku rtęci i kadmu (HgCdTe) oraz siarczku i selenku ołowiu (PbS PbSe). Detektory oparte na tej technologii oferują najwyższą wydajność spośród wszystkich odkrytych materiałów nadających się do detekcji w podczerwieni i dobrze sprawdzają się w zastosowaniach wojskowych. Ograniczenia na ten moment nie obejmują działalności VIGO Photonics, jednak mając na uwadze ich ewentualne wprowadzenie w przyszłości konieczne było wdrożenie nowych technologii.

Clean Room o klasie czystości ISO 6

Odpowiedzią rynku na wspomniane wymagania było rozpowszechnienie detektorów opartych na strukturach półprzewodnikowych pierwiastków grupy A(III)B(V), które w większości mają zauważalnie gorsze parametry niż detektory HgCdTe. Porównywalne, a często nawet lepsze parametry oferują detektory supersieciowe oparte na arsenku indu oraz antymonku galu (InAs/GaSb T2SL). VIGO Photonics wdrożyło technologię opartą na antymonku arsenku indu (InAsSb). Dział epitaksji firmy VIGO Photonics od 2019 zajmuje się produkcją wysokiej jakości struktur epitaksjalnych właśnie na bazie półprzewodników III-V, przeznaczonych do urządzeń fotonicznych, w tym laserów (F-P, VCSEL, QCL), fotodetektorów i urządzeń mikroelektronicznych.

W 2019 powstała najnowsza część zakładu. Nowa infrastruktura produkcyjna pozwala na wytwarzanie 100 tys. detektorów podczerwieni rocznie.

Processing płytki epitaksjalnej

Główna siedziba firmy i zakład produkcyjny znajdują się w Ożarowie, jednak prowadzimy działania, które mają na celu rozpoczęcie produkcji w Stanach Zjednoczonych. Mamy naprawdę doświadczonych pracowników i najwyższą technologię. Współpracujemy z uniwersytetami na całym świecie. Cały czas się rozwijamy. Zyski z wielu lat działalności były systematycznie reinwestowane w rozwój zakładu. Taki ośrodek produkcyjny nie powstaje z dnia na dzień – jest efektem dużego zaangażowania i konsekwentnej pracy – zauważa Adam Piotrowski.

Firma z podwarszawskiego Ożarowa ma status oficjalnego dostawcy komponentów dla amerykańskiej agencji kosmicznej NASA, co jest potwierdzeniem jej wyjątkowej pozycji na rynku. Dla tej instytucji VIGO Photonics opracowało i wyprodukowało detektory wykorzystane na łaziku Curiosity podczas marsjańskiej misji, których zadaniem była analiza składu atmosfery, by wykryć m.in. metan.

NASA wysyłała na Marsa łazik właśnie z naszymi detektorami, ponieważ nasi konkurenci nie byli w stanie dostarczyć sprzętu o żądanej czułości. Oprócz nas tego rodzaju sensory są produkowane na świecie jedynie przez dwie firmy amerykańskie i jedną japońską NASA zweryfikowało możliwości wszystkich i po prostu… byliśmy najlepsi – podkreśla Adam Piotrowski.

Jak informuje Adam Piotrowski, VIGO Photonics zatrudnia obecnie ok. 250 osób, z tego mniej więcej 2/3 to kadra inżynierska i pozostałe stricte techniczne stanowiska, są też majstrowie, którzy choć nie mają wyższego wykształcenia są wysokiej klasy specjalistami np. w zakresie technik pomiarowych. Około 1/3 pracowników spółki zajmuje się produkcją, 1/3 zajmuje się badaniami rozwojowymi i 1/3 zajmuje się wsparciem sprzedaży.

Jeden z etapów produkcji płytek epitaksjalnych

Jeśli chodzi o specjalistów to najwięcej mamy fizyków – i to wszędzie, w sprzedaży, w produkcji, w rozwoju i w zarządzaniu. Zatrudniamy także wielu elektroników, dużo inżynierów materiałowych, trochę chemików, mechatroników, także specjalistów z zakresu mechaniki precyzyjnej i optyki oraz inżynierów produkcji do zarządzania procesem. Stąd też nasza współpraca z WAT-em, sześcioma wydziałami Politechniki Warszawskiej, Politechniką Łódzką, Uniwersytetem Warszawskim, Politechniką Rzeszowską, Uniwersytetem Rzeszowskim i Politechniką Wrocławską. Mamy także bardziej niszową współpracę np. z MIT, Uniwersytetem Stanforda, Princeton i innymi uczelniami zagranicznymi.

Naszą firmę założyła w 1987 roku grupa dojrzałych, około 35-letnich specjalistów. W latach 2010–2020 nastąpiła naturalna zmiana pokoleniowa – założyciele, którzy osiągnęli 60. i 70. rok życia, stopniowo przechodzili na emeryturę. Wielu z nich wciąż jednak pozostaje w naszym otoczeniu jako doradcy i mentorzy. Mój ojciec też jest cały czas zaangażowany w działalność firmy i wspiera kolejne pokolenia młodych pracowników oraz studentów – zaznacza Adam Piotrowski.

Jak informuje prezes spółki, w Polsce głównym odbiorcą wyrobów VIGO Photonics jest wojsko. Spółka dostarcza rozwiązania dla Polskiej Grupy Zbrojeniowej, w dużej mierze do PCO, ale także do WCBKT, czy Belmy. Do niedawna jedynie kilka procent przychodów VIGO pochodziło od polskich klientów. Ostatnio udział ten wzrósł do kilkunastu procent – a to za sprawą zwiększenia wydatków na obronność.

Hala montażowa w siedzibie VIGO Photonics

Jeśli chodzi o współpracę z PCO, to od samego zarania wspólnie rozwijamy system samoosłony pojazdów wojskowych Obra. Detektory podczerwieni rozmieszczone dookoła pojazdu pancernego wykrywają namierzanie laserowe i od razu o tym informują. Nasz udział w Obrze to najdłużej trwający program współpracy. Cały czas, wspólnie z PCO opracowujemy kolejne rozwiązania – obecnie do ich systemów obserwacyjnych dostarczamy także matryce, które umieszczone są w kamerach termowizyjnych.

Część produkcji eksportowana do Unii Europejskiej również trafia do odbiorcy wojskowego. Współpracujemy z największymi firmami z tego sektora, dostarczając detektory wykorzystywane m.in. w systemach naprowadzania inteligentnej amunicji. Pracujemy także nad tym by nasze matryce dostarczać do odbiorców zagranicznych. Cały czas jednak mamy możliwości zwiększenia naszego ofertowania – podkreśla Adam Piotrowski.

Jak zauważają przedstawiciel firmy VIGO Photonics, detektory podczerwieni w zastosowaniach wojskowych muszą spełniać szereg norm i wymagań. Niewątpliwie ogromne znaczenie ma zwiększona ekspozycja na czynniki mechaniczne i środowiskowe, takie jak temperatura, ciśnienie i wstrząsy (mają bezpośredni wpływ na czułość i dokładność detektora). Produkty produkowane w Ożarowie Mazowieckim spełniają rygorystyczne normy w tym zakresie dlatego też są wykorzystywane w produkcji amunicji, systemów przeciwrakietowych, czy do wykrywania przeciwnika i zagrożeń (np. ataków gazowych) czy ataków terrorystycznych.

W zakresie produkcji cywilnej nasze wyroby służą głównie do pomiaru temperatury i analizy gazów. Jeśli chodzi o temperaturę, detektory są wykorzystywane np. w kolejach dużych prędkości TGV, także w Hiszpanii i Włoszech, ale również w takich krajach jak Kazachstan czy Arabia Saudyjska. Montowane są co kilkadziesiąt kilometrów na torowiskach by wykrywać awarie takie jak zablokowane hamulce, zarzewie pożaru czy też zniekształcenie osi kół.

Detektor podczerwieni wyprodukowany przez VIGO Photonics

Nasze czujniki są także wykorzystywane w kontroli procesów produkcyjnych. Przykładowo pozwalają sprawdzić grubość warstwy lakieru tuż po malowaniu – na etapie, gdy wciąż można go jeszcze zmyć i nałożyć ponownie, jeśli parametry odbiegają od normy. Są to rozwiązania stosowane szeroko w przemyśle motoryzacyjnym w Europie. W tej samej branży nasze czujniki są wykorzystywane do pomiaru emisji tlenków azotu przy kontroli samochodów opuszczających linie produkcyjne.

W Polsce mamy bardzo słabo rozwinięty ekosystem projektantów urządzeń. Bardzo często jest tak, że systemy badające jakość powietrza są integrowane z naszymi detektorami podczerwieni w Finlandii, Niemczech, Stanach Zjednoczonych, czy w Japonii a potem z powrotem trafiają do polskich elektrociepłowni, elektrowni. Jeśli chodzi o rynki zagraniczne, ok. 60% naszej produkcji trafia do państw Unii Europejskiej. Pozostały udział dzieli się mniej więcej po połowie – po kilkanaście procent – między Stany Zjednoczone i Japonię – zauważa Adam Piotrowski.

VIGO Photonics SA od wielu lat prowadzi prace badawcze nad nowymi typami detektorów podczerwieni we współpracy z naukowcami z Wojskowej Akademii Technicznej oraz innych krajowych i zagranicznych instytucji badawczych. Szczególnym atutem firmy jest umiejętność łączenia badań i rozwoju w dziedzinie technologii podczerwieni z produkcją, w ścisłej współpracy z użytkownikiem.

W swojej działalności VIGO Photonics korzysta m.in. z finansowania prac badawczo-rozwojowych zarówno ze środków krajowych, jak i funduszy Unii Europejskiej. Przy wykorzystaniu krajowych środków publicznych projekt musi zostać doprowadzony do końca zgodnie z pierwotnymi założeniami. W przypadku funduszy europejskich podejście jest bardziej elastyczne. W trakcie realizacji projektu możliwa jest zmiana kierunku badań. Jeśli dane rozwiązanie nie przynosi oczekiwanych rezultatów w pierwotnym zastosowaniu, można ukierunkować prace na inne obszary – na przykład takie, które rokują lepszy efekt technologiczny lub ekonomiczny. Takie podejście jest w pełni akceptowalne w ramach programów unijnych.

Jeden z etapów montażu detektora podczerwieni

Nasza sytuacja rynkowa jest stabilna, ale cały czas musimy poszukiwać nowych technologii. Nie każda z nich okazuje się perspektywiczna – przykładowo po próbach zrezygnowaliśmy z wykorzystywania grafenu. Natomiast technologie kwantowe w zastosowaniach do materiałów półprzewodnikowych sprawdzają się doskonale i stanowią dziś podstawę naszych projektów rozwojowych. Naturalne jest jednak to, że nie wszystkie prace badawczo-rozwojowe przynoszą pozytywne rezultaty, dlatego cały czas nasi inżynierowie kreują nowe rozwiązania.

Jeśli chodzi o prace badawczo-rozwojowe, współpracujemy w tym zakresie również z ośrodkami naukowymi jak np. instytuty z Sieci Badawczej Łukasiewicz, Politechniką Łódzką (tam pracują specjaliści od analiz termicznych), a także z inżynierami materiałowymi z Uniwersytetu Rzeszowskiego, specjalistami od szumów z Politechniki Rzeszowskiej, czy specjalistami zajmującymi się strukturami kwantowymi z Politechniki Wrocławskiej. Dziś nie wystarczy mieć trzech profesorów i grupę doktorantów wewnątrz firmy. Kluczowa staje się szeroka sieć powiązań, która umożliwia swobodną wymianę myśli, dostęp do najnowszej wiedzy i zaawansowanych laboratoriów, a także prowadzenie wspólnych badań na poziomie, którego nie da się osiągnąć w izolacji. To dzięki synergii z różnymi zespołami jesteśmy w stanie tworzyć rozwiązania wykraczające poza możliwości pojedynczego ośrodka – przyznaje Adam Piotrowski.

Detektory podczerwieni różnej wielkości produkowane przez VIGO Photonics

Naszym dalekosiężnym celem jest miniaturyzacja i pełna integracja sensorów – umieszczenie detektora, falowodów oraz źródła światła na jednym, niewielkim czipie. Aby jednak rozwijać się w tym kierunku, musimy opracować własną technologię laserów, której dotąd nie produkowaliśmy. Od 20 lat dynamicznie rozwija się technologia laserów kwantowych i właśnie w niej dostrzegamy największy potencjał. Z tego powodu zatrudniliśmy ekspertów, którzy jako jedni z pierwszych na świecie komercjalizowali te rozwiązania i wprowadzali je na rynek, a teraz pomagają wprowadzić tę technologię do naszej produkcji.

Chcemy również wykorzystać krajowe kompetencje – Sieć Badawcza Łukasiewicz rozwija technologię laserów kwantowych, choć jeszcze nie w wersji gotowej do zastosowań przemysłowych. Zamierzamy jednak skorzystać z ich doświadczenia w zakresie struktur kwantowych i dostosować je do naszych potrzeb. Pozwoli nam to stworzyć nowy segment produkcji. Nie planujemy budować zupełnie nowych laserów w celu ich samodzielnej komercjalizacji – będą one elementami większych systemów, które chcemy oferować naszym klientom. Systemów służących m.in. do wykrywania zagrożeń (pożarów, zanieczyszczeń powietrza czy wody), do kontroli jakości produktów w urządzeniach domowych, a nawet do bezinwazyjnego pomiaru glukozy we krwi za pomocą smartwatcha – mówi Adam Piotrowski.

VIGO Photonics zwiększa swoją obecność zagranicą. Jej celem jest przyspieszenie rozwoju na rynku amerykańskim oraz głębsza eksploracja rynku zamówień publicznych w USA. Dlatego też w 2021 roku spółka otworzyła biuro w Stanach Zjednoczonych.

Bliskość klienta, umożliwiająca ścisłą współpracę, jest dużym atutem – PCO jest tu dobrym przykładem. Musi on jednak mieć realne zapotrzebowanie na wyroby z naszymi podzespołami. Jeżeli w Polsce są produkowane pojazdy opancerzone, to możemy do nich dostarczać nasze rozwiązania. Jeżeli jednak nie produkujemy śmigłowców, samolotów bojowych czy innych pojazdów dla wojska, to wtedy całość dostaw dla naszej armii pochodzić będzie od dostawców z Włoch, Francji czy Stanów Zjednoczonych.

Montaż detektora podczerwieni / Zdjęcia: VIGO Photonics

Teraz mamy nowe otwarcie – 200 mld PLN rocznie na wydatki na obronność. Można je wydać u jakiegoś producenta z zagranicy. Można jednak stopniowo myśleć o tym, co możemy zakupić jako licencję i zacząć z czasem produkować coś swojego. Wtedy dla takich fabryk półprzewodników jak VIGO zaczną się otwierać możliwości współpracy z lokalnymi podmiotami. Jeżeli sytuacja nie rozwinie się w taki sposób, alternatywą jest udanie się do naszych klientów. W tej chwili, jak wspomniałem wcześniej, jesteśmy na etapie poszukiwania możliwości na otwarcie własnej produkcji detektorów w innych krajach Europy i świata – podsumowuje Adam Piotrowski.