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通信感知一体化氮化镓光电子集成芯片
研究背景 芯片是人类最伟大的发明之一,也是现代电子信息产业的基础和核心。小到手机、电脑、数码相机,大到6G、物联网、云计算均基于芯片技术的不断突破。半导体光刻工艺水平的发展是以芯片为核心的电子信息产业的基石,目前半导体光刻的制造工艺几乎是摩尔定律的物理极限。随着制造工艺的越来越小,芯片内晶体管单元已经接近分子尺度,半导体制作工艺的“瓶颈效应”越来越明显。随着全球化以及科技的高速发展,急剧增长的庞大数据量要求数据处理模型和算法结构不断优化升级,带来的结果就是对计算能力和系统功耗的要求不断提高。而目前智能电子设备大多存在传输瓶颈、功耗增加以及计算力瓶颈等现象,已越来越难以满足大数据时代对计算力与功耗的需求,因此提高运算速度同时降低运算功耗是目前信息工业界面临的紧要问题。 如当年集成电路开创信息时代一样,当下已经普及的光通信正在成为新革命力量的开路先锋。与此同时,光子芯片正在从分立式器件向集成光路演进,光子芯片向小型化、集成化的发展趋势已是必然。相对于电子驱动的集成电路,光子芯片有超高速率,超低功耗等特点,利用光信号进行数据获取、传输、计算、存储和显示的光子芯片,具有非常广阔的发展空间和巨大的潜能。 项目功能 本项目瞄准光通信关键技术及核心芯片,基于量子阱二极管发光探测共存现象,探索关键微纳制造技术,研制出可以同时实现通信、感知功能的一体化光电子芯片。 技术路线 一、技术原理及可行性 本项目主要负责人王永进教授发现如图1所示的量子阱二极管发光探测共存现象,首次研制出同质集成发射、传输、调制和接收器件的光电子芯片,这些原创工作引起了业界相关科研小组地广泛关注,化合物半导体同质集成光电子芯片成为研究热点。香港大学的蔡凯威小组和申请人合作提出湿法刻蚀和激光选择性剥离技术,在蓝宝石氮化物晶圆上实现LED基同质集成光电子芯片(Optica 5, 564-569 (2018))。沙特阿卜杜拉国王科技大学Ooi教授和美国加州大学圣巴巴拉分校Nakamura教授小组在蓝宝石氮化物晶圆上,研制出基于氮化物激光器的同质集成光电子芯片(Opt. Express 26, A219(2018))。中科院苏州纳米所孙钱小组在硅衬底氮化物晶圆上,研制出基于氮化物激光器的同质集成光电子芯片(IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 24, 8200305 (2018))。在NRZ-OOK调制方式下,InGaN/GaN量子阱二极管可实现Gbps的光发射、调制和探测速率(Appl. Phys. Express 13, 014001 (2020))。这些工作表明研发基于光子传输的化合物半导体同质集成光电子芯片以实现片上光子通信是可行的。   二、总体结构设计及工艺流程 本项目提出的同时通信/感知一体化光电子芯片基于常规的蓝宝石衬底氮化镓基多量子阱LED外延片进行设计,无需特殊定制的外延结构。以典型的2寸氮化镓基蓝光LED外延片为例,其外延片结构如图2所示,从下至上依次为蓝宝石衬底、AlGaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层和P型GaN层,通过调节InGaN/GaN多量子阱层的参数(层厚度与In的比例等等)可制备具有不同中心波长的光源器件。   图3为本项目所提出的同时通信/感知一体化光电子芯片结构。在蓝宝石衬底的氮化物晶圆上通过刻蚀和沉积等一系列晶圆级微纳加工技术,制备出单片集成的InGaN/GaN多量子阱LED和PD。光子芯片的P、N电极可以采用倒装技术直接与基板相连,光线从透明的蓝宝石衬底发出,这样不仅使得器件具有优良的电性能和热特性而且简化了其后期的封装工艺。 三、技术创新优势 1、同一块晶圆上集成LED和PD使得两者间距离大大缩短,不仅有助于增强PD对蓝宝石表面反射光线的耦合,提升感知系统性能,而且缩小了器件整体外形,符合集成电子器件小型化、便携化的发展趋势; 2、单片集成的LED和PD器件相比于传统异质的、分立的LED和PD简化了封装形式和工艺,不再需要对LED和PD进行单独的封装,而且同质集成器件的基板也较异质结构的简单统一,极大地缩短了集成系统的制作周期; 3、同时通信/感知一体化光电子芯片采用相同的工艺就可以制作出LED和PD,简化了生长异质材料的复杂性,缩短了器件流片的周期,使用同一工艺就可将LED和PD进行批量生产,有效地降低了生产成本。 四、实验验证 本项目团队所在的Peter Grünberg研究中心拥有完整的LED器件制备、光电性能测试与电学性能测试平台,并且项目成员积累了丰富的测试技术与经验,能够满足本项目的同时通信/感知一体化光电子芯片测试同时表征光电参数与电学参数的需求。下图4所示为器件形貌表征图,从左边依次是扫描电镜图、光镜图、原子力显微镜图。   基于通信感知一体化芯片,本项目利用单个多功能集成器件成功实现了对人体脉搏的监测功能,如图5所示。   另外基于通信感知一体化氮化镓光电子芯片,我们还实现了照明、成像和探测功能为一体的LED阵列系统,如图6所示。该系统可以在点亮照明的同时,实现对外界光信号的探测与感知,通过后端系统处理后,再将信息通过阵列显示出来,实现多种功能的集成。 项目负责人王永进教授是国家自然基金委优秀青年项目、国家973项目获得者,他以第一或通讯作者身份在Light-Sci Appl.等主流学术期刊发表一系列高质量研究论文,获授权中国发明专利23项,美国发明专利2项,被National Science Review、Semiconductor Today等做9次专题报道,荣获2019年中国电子学会科学技术奖(自然科学)、2019年南京市十大重大原创成果奖等。
南京邮电大学 2021-05-11
一种磁光电混合存储系统及其数据获取和存储方法
本发明公开了一种磁光电混合存储系统,该系统包括内存、固 态盘存储区、磁盘存储区和光盘存储区。上述三个存储区区域在逻辑 上构成统一的存储空间,维护一个全局文件地址映射表,使得用户或 者外部程序能够以统一一致性的方式进行数据寻址和存取。当存储数 据时,该系统存储管理区根据数据的存取行为,自动在上述三个存储 区选择合适的物理存储位置和数据组织方式。当存取模式发生变化时, 存储管理区动态地选择合适的物理存储位置和数据组织方式
华中科技大学 2021-04-14
光电催化二氧化碳和水制备乙醇
本专利技术由二氧化碳和水为原料,KHCO3作助剂,催化剂由配体功能化、金属沉积和染料敏化的TiO2-FTO玻璃电极构成的光阴极催化剂和Co-Pi修饰W参杂的BiVO4光阳极催化剂在光电池中模拟植物光合作用制备出高纯度的乙醇水溶液并放出氧气。人工光合成电池的效率可以达到0.3~0.6%,与大田农作物相似。光电池在模拟太阳光或室外太阳光照射下均能实现合成乙醇,将太阳能转化为碳基能源分子。电极催化剂制备简单、成本低廉、污染很小;生产乙醇的过程中无废水、废气和固体废物产生。催化电极的寿命长,可以直接扩大生产。生产环境需要阳光充沛、场地广阔,甘肃的戈壁滩最好。技术已经申请国家发明专利:申请号201510914432.8。 技术特点:生产成本低、原料经济易得、催化剂效率高、阳光为反应的驱动力、生产过程无三废排放。 主要指标:醇含量(>99%);乙醇>90%
兰州大学 2021-01-12
水下自主航行器与水面移动平台的水下非接触移动接驳装置
本发明公开了一种水下自主航行器与水面移动平台的水下非接触移动接驳装置,该装置包括水面移动平台侧部分和水下自主航行器侧部分;其中水面移动平台侧部分主要包括水面移动平台船体、非接触接驳主控单元、喇叭状导引口、非接触电能传输初级线圈、水面移动平台侧信号传输天线、电磁铁锁紧单元、水面移动平台侧声学通讯定位模块、圆筒型导引口等,水下自主航行器侧部分主要包括视觉导引组件、水下自主航行器侧声学通讯模块、水下自主航行器侧信号传输天线、水下航行器主体、非接触电能传输次级线圈、电磁锁紧块、锥形保护套。本装置增大了水下自主航行器的探测范围和相关探测任务执行的灵活性,并且降低了水下自主航行器的回收成本。
浙江大学 2021-04-11
自动变速器控制系统及其实验台的开发与研制
1.TCU 的开发制作 开发设计与制作了自动变速器电子控制单元(TCU)的软硬件系统,包括设计与制作 了其外围电路。 2.半实物仿真实验台的开发制作 实验台主要用于 TCU 软硬件的设计与调试及换档规律的评价等,它包括仿真试验台 软件设计和硬件制作两部分。在试验过程中可将 TCU 接入仿真环路系统中,通过友好的 交互界面,用户只要进行简单的输入参数设置,即可进行实时的自动变速器仿真试验, 包括一些极端行驶工况。 3.自主开发 TCU 的实车试验 自主开发的 TCU 在半实物仿真实验台上调试结束后,进一步进行实车试验。下图为 用自主开发的 TCU 装在 SANTANA2000 上,由国家机动车监督检测中心(上海)在国际赛 车场进行严格的动力性与经济性的测试,达到或接近国际先进水平。
同济大学 2021-04-13
一种用于光纤与芯片间光信号传输的水平耦合器
本发明公开了一种用于光纤与芯片间光信号传输的水平耦合器 件,包括第一采集模块,用于引导和收集一阶线偏振模式中第一模斑, 第二采集模块,用于引导和收集一阶线偏振模式中第二模斑,耦合模 块,设有第一传输通道、第二传输通道和主通道,第一传输通道接收 第一模斑,第二传输通道接收第二模斑,并通过模场的空间叠加实现 从耦合模块的主传输通道输出一阶横电模。本发明实现了将光纤中一 阶线偏振模式转化为芯片中的一阶横电模同时也保证了基模
华中科技大学 2021-04-14
PCT-SR-2S倾角传感器与PCTS600数显仪
产品详细介绍PCT-SR-2S数字倾角传感器与PCTS600数显仪组合该款数显仪,是专业用于显示倾角传感器所测量的角度,每台产品出厂时都经过水平度的校正和分度的校正。另外也提供一个按键用来作相对角度测量功能,可设置当前角度为零度,以此为基准进行相对倾角变化测量。该款数显仪,属于双轴小量程数显仪。该产品外形小巧,工作方式多元化,与外接倾角传感器远程控制,便于一些特殊的行业领域远程采集现场角度数据。该款数显仪,显示部分采用工业级数码管,这样就能保证在宽温度的工业环境中能正常工作。超高的性价比是该产品的绝对优势,多种安装与组合方式可满足多种工业应用需求。主要特性:尺寸60*90*32mm           双排数字显示              量程±5°~±90°高分辨率0.01°           高抗振性能>2000g          宽工作温度-10°~ +70℃多样组合方式             IP65防护等级              零点设定功能产品应用:倾角平台的测量         桥梁与大垻监测        无线基站姿态监测地质设备倾斜监测       仪器标定与校准        高精度水平面测量PCT-SR-S数字倾角传感器产品特点:1)单、双轴倾角测量2)量程±1~±180°可选3)宽电压输入DC9~36V4)输出方式RS232/RS485/RS422/PWM/TTL/CAN可选5)分辨率0.01°6)高抗振>2000g7)IP67防护等级 8)宽温工作-40~+85℃9)体积90×40×26mm单位:长沙平川公司联系方式:15387560104网址:www.pchuangroup.com  邮箱:pchuangroup@163.com
长沙平川电子科技有限公司 2021-08-23
我校在生物分子动力学荧光成像领域取得新进展
观测活细胞内生物大分子的动力学过程和信号小分子对生物大分子的调控作用对于探索生理病理新机制及疾病治疗新方法具有重要的科学意义。 我校物质科学与信息技术研究院张忠平课题组(张瑞龙、田肖和、韩光梅、刘正杰),针对上述关键科学问题,通过设计一系列多响应、多重定位的新型光学探针,实现了活细胞内信号分子对蛋白/酶活性的调控以及遗传物质动力学的分子影像分析,在理解细胞内生物分子动力学领域取得了重要科学发现。代表性进展主要包含:(1)气体信号分子对细胞内酶活性的调控; (2)膜穿透性碳点对活体内DNA和RNA结构及动力学的超分辨影像分析;(3)超分辨成像揭示活性氧调控线粒体核蛋白动力学;(4)超分辨STED和电镜关联成像对细胞微管蛋白超精细结构的分析。 上述进展解决了生物探针对细胞内多种组分和细胞器的特异性识别问题,不仅有效避免了荧光光谱的重叠,还同步结合电镜对生物大分子精细结构的进行研究,为我校双一流学科生物医学探针和成像方向再添新成果。
安徽大学 2021-02-01
基于遥感影像DN值多元参量定标模型的自适应成像方法
本发明涉及一种基于遥感影像值多元参量定标模型的自适应成像方法,其步骤包括建立成像系统电子学参数与遥感图像的定量数学关系;获取遥感成像系统的位置和姿态参数,并计算成像区域获取成像区域地物覆盖类型、地物反射光谱以及成像区域上空大气和气溶胶参数,根据辐射传输方程计算该成像区域对应的入瞳辐亮度;对每一景遥感影像入瞳辐亮度进行排序得到最大入瞳辐亮度值,并通过成像系统调节成像参数使其不超过成像系统最大输出图像值,然后驱动成像设备获取遥感影像。
北京大学 2021-02-01
一种基于高光谱成像的大田害虫监控诱捕装置
本实用新型公开了一种基于高光谱成像的大田害虫监控诱捕装置,包括:杀虫装置、采样装置、终端机,所述的采样装置为高光谱仪摄像头;还包括:排虫装置;输送装置;动力装置;所述的排虫装置包括:壳体,顶部设有与杀虫装置相连的入虫口,底部设有出虫口;空心芯轴,伸入壳体内;排虫轮,转动安装在空心芯轴上,外圆周面上设有排虫孔,排虫孔与排虫轮的内腔连通,排虫轮的内腔通过空心芯轴与负压装置连通;止吸阀,固定安装在空心芯轴上,可封闭欲排虫的排虫孔。可有效地克服由于害虫虫体相互重叠而导致无法精确计数和种类识别的问题;不仅可以进行计数,而且可对害虫的种类、雌雄以及虫龄进行判别,使对大田害虫虫情的预测和判别更准确。
浙江大学 2021-04-13
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