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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
大尺寸宽禁带半导体氮化镓单晶衬底产业化技术
在大尺寸宽禁带/半导体单晶衬底外延设备、材料生长等方面做出了突出的工作。2001年始,研制出国内第一台用于氮化镓(GaN)衬底的卤化物气相外延(HVPE)系统,研究发展了获得高质量GaN衬底所需的所有关键技术并拥有自主知识产权,在氮化镓单晶衬底设备和材料技术领域已获授权国家发明专利30余项、申请国家发明专利30余项。在国内最早研制出2英寸毫米级GaN单晶衬底,建成6英寸HVPE系统并实现7片2吋及4-6吋GaN均匀生长;研究出创新性的GaN衬底批量制备技术,即将进行高质量、低成本GaN衬底的产业化应用,为第三代半导体应用奠定了材料基础。
南京大学 2021-05-10
分米量级尺寸的六方氮化硼二维单晶的制备
团队与合作者首次报道了米级单晶Cu(111)衬底的制备方法,并在此基础上实现了米级单晶石墨烯的外延生长(Science. Bulletin 2017, 62, 1074)。与石墨烯不同,六方氮化硼等其它绝大多数二维材料不具有中心反演对称性,其外延生长普遍存在孪晶晶界问题:旋转180°时晶格方向发生改变,外延生长时不可避免地出现反向晶畴,而在拼接时形成缺陷晶界。 开发合适对称性的外延单晶衬底是解决这一科学难题的关键。研究团队探索出利用对称性破缺的衬底外延非中心反演对称二维单晶薄膜的新方
南方科技大学 2021-04-14
聚力JL-330橡胶胶水 橡胶粘金属胶水 橡胶专用胶水
聚力JL-330橡胶胶水 橡胶粘金属胶水 橡胶专用胶水可以很好的控制点胶量,比一般快干胶水要节省20-30%有足够的操作时间,胶水不易挥发以及不流淌,有效的控制胶水总量高浓度胶水不会流淌的产品表面,避免胶水,流到产品表面造成发白以及胶水痕迹。
东莞市聚力胶粘制品有限公司 2026-01-05
金属复合物催化剂、其制备方法以及在制备D,L-薄荷醇中的应用
本发明公开了一种金属复合物催化剂、其制备方法以及在制备D,L-薄荷醇中的应用,该金属复合物催化剂由如下重量百分比的元素组成:镍70-85%、铝8-10%、钒5-10%、钴2-10%。该金属复合物催化剂应用于百里酚加氢制备D,L-薄荷醇时,具有反应活性高,手性化合物消旋化速度快的特点。同时异构化中加入的某种碱是减少轻组分副产物的关键。整个工艺反应选择性好,制备工艺简单,生产成本低,合成路线对环境友好。
浙江大学 2021-04-13
中国科学技术大学在过渡金属氧化物薄膜室温反常霍尔效应研究中取得重要进展
中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心的王凌飞、吴文彬教授课题组与西北大学物理学院的司良教授合作,在钙钛矿结构过渡金属氧化物薄膜的磁输运性质研究中取得重要进展。
中国科学技术大学 2022-10-17
一种基于三嗪类化合物的金属主链高分子及其合成方法
本发明属于高分子材料合成技术领域,具体为一种基于三嗪类化合物的金属主链高分子及其合成方法。本发明借助三嗪类化合物高效的反应活性、优异的配位能力以及有效的电子调控特性,实现辅助配体框架的高效精准合成;然后,利用配体辅助合成策略,以配体作为模板在加热条件下与金属离子化合物进行配位反应,实现金属离子的有序聚合,最终合成出分子量为11.14 KDa的三嗪类镍金属主链高分子。本发明首次合成出分子量达到一万阈值的金属主链高分子,具有分子结构精准可控、金属‑金属键相互作用力强的优点,同时,分子量的提升为金属主链高分子带来吸收可见光的能力、半导体的电学带隙以及溶液加工性,推动金属主链高分子材料的合成技术进一步发展。
复旦大学 2021-01-12
金属圆管爆炸复合技术
成果创新点 主要技术创新路径:申请人依据经典爆炸复合理论, 利用水下爆炸手段研发了多金属管水下爆炸复合技术。利 用水作为传压介质和约束材料,将水下爆炸产生的冲击波 和气泡脉动能量渐变加载于覆管(内管),使覆管发生塑性 变形同时基管产生弹性变形来实现管坯的复合相结合。 关键技术指标:基复管精确定位、爆炸参数的合理选 择以及金属爆炸索的制备。 核心解决问题、核心优势等: 1) 降
中国科学技术大学 2021-04-14
金属圆管爆炸复合技术
主要技术创新路径:申请人依据经典爆炸复合理论,利用水下爆炸手段研发了多金属管水下爆炸复合技术。利用水作为传压介质和约束材料,将水下爆炸产生的冲击波和气泡脉动能量渐变加载于覆管(内管),使覆管发生塑性变形同时基管产生弹性变形来实现管坯的复合相结合。 关键技术指标:基复管精确定位、爆炸参数的合理选择以及金属爆炸索的制备。 核心解决问题、核心优势等: 1) 降压:能够降低炸药爆轰的初始压力,削弱其对管材的损伤; 2)延时:利用爆炸产生的冲击波和水体动能作用于覆管,延长爆炸能量作用时间; 3)降温降烟:水的比热容很高,该方法既能够有效降低爆轰产物作用于管材的温度,保护管材,又能够有效降低爆炸后的炮烟,有利于现场操作
中国科学技术大学 2023-05-16
金属橡胶隔振器
金属橡胶,是一种由细金属丝经缠绕、拉伸、铺放及模压制成且具有橡胶般高弹性、大阻尼的新型减振材料,故取名为金属橡胶。金属橡胶产品为全金属材料制成,具有极佳的环境适应性和可靠性,可在各种恶劣环境下工作,耐腐蚀,不发生老化,性能稳定,能为各种电子设备提供隔振、缓冲,保证各精密电子设备正常工作。金属橡胶隔振器的性能经过国家权威部门的检测:达到国家规定的振动量级和频率范围内,不仅具有良好的隔振缓冲特性,而且还具有极其优异的抗疲劳特性。经过多年应用,金属橡胶隔振器产品已经形成系列化,可用于0.05kg~5000kg设备的隔振。
上海理工大学 2021-04-13
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