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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
深圳博升光电科技半导体垂直腔体激光器(VCSEL)光芯片
深圳博升光电科技有限公司是由美国工程院院士常瑞华创办的中外合资企业,致力于研究生产用于3D感知领先世界的半导体垂直腔体激光器(VCSEL)光芯片。博升光电的创始团队来自加州大学伯克利分校、斯坦福大学、清华大学等国际知名高校。其中研发团队来自硅谷,工程生产团队来自台湾,市场运营团队来自美国及中国,在产品研发、生产、商业运营等方面经验丰富。博升光电成立后即获得业界顶级投资公司武岳峰资本、力合创投、嘉御资本、联想之星等超过1亿元人民币的A轮融资。点击上方按钮联系科转云平台进行沟通对接!
清华大学 2021-04-10
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
防爆本安型光电感烟探测器55000-640PRC
产品详细介绍55000-640PRC本质安全型智能光电感烟探测器 一、55000-640PRC特点:该探测器采用本质安全电路设计,低功耗并有效降低了电路板内的储能,使其电气性能符合安全环境的应用标准。可编址智能光电感烟探测器,通过配合使用阿波罗生产的通信协议转换器55000 - 855、55000- 856及安全栅29600-098可连接到安全区域内的智能火灾报警系统。 二、55000-640PRC应用: 55000-640PRC本质安全型智能光电感烟探测器可适用于建筑内多种危险区域,这些区域可能含有各种易燃易爆的气体或空气混合物。该探测器必须配合使用阿波罗生产的各种通讯协议转换器如55000 - 855,55000 - 856及安全栅。 三、55000-640PRC工作原理: 55000-640PRC本质安全型智能光电感烟探测器的工作原理类似于55000 - 620。 四、55000-640PRC技术要求: 二线制有极性要求,具有独立地址。有4级灵敏度可作高速根据不同环境及时间做出不同的设定,减低误报率。可通过插片设置地址与其它系统部件安装。如需连接远程报警指示灯,需采用高效的发光二极管,最大点灯电流ImA。 五、55000-640PRC技术参数: 接线端子           Ll  正极;L2  负极;+R  远程指示灯正极 工作电压           直流14 - 22V;两线制有极性 报警指示           红色发光二极管,红光; 静态电流           340 u A 远程LED报警电流  1mA 工作环境温度      - 20℃至+40℃  (T5)                   - 20℃至+60℃  (T4) 等级              E Ex ia IIC T5 (T4 Ta≤60 ℃) 认证              CCCF.BASEEFA
北京赢科迅捷科技发展有限公司 2021-08-23
JTY-GD-FT8101点型光电感烟火灾探测器
产品详细介绍功能特点: ◇ 无极性二总线制,电子编码; ◇ 全数字量传输,抗干扰能力强; ◇ 进口光电管、单片机; ◇ 表贴工艺,超薄设计; ◇ 独特的外观设计,用户可自行清洗维护; ◇ 两个超大指示灯指示,360度范围可见; ◇ 自补偿,自测试。主要技术指标: ◇ 工作电压:DC18V~28V; ◇ 静态电流:≤240µA ; ◇ 报警电流:≤2mA; ◇ 相对湿度:≤95%RH,不凝露; ◇ 环境温度:-10℃~60℃; ◇ 外形尺寸:Φ102mm×46.5mm; ◇ 指示灯:正常工作时红灯闪亮,火警时红灯常亮。适用场所 宾馆、医院、办公楼、计算机房、电梯房、图书室、档案室等及有电器火灾的场所。不适用场所 产生水蒸汽和油雾、有大量粉尘、正常情况下有烟滞留的场所。
郑州有机防火堵料有限公司 2021-08-23
高压电器柜铜箔软连接零件全自动冲压生产线
高压电器柜铜箔软连接零件是用厚度为0.03~0.1mm的铜箔叠上几十甚至上百层,然后折弯成“U”字形状,两端各打两孔,再于两端热压焊合而中间铜箔仍保持自由分层的状态。使用该“U”字形软连接,可使大电流方便地通过,又使振动得到隔离,也不会因软连接两端热膨胀冷缩造成接头松动或破坏。目前生产“U”字形状铜箔片的生产工艺均采用手动缠绕叠料,热压焊合“U”字形状的两
西安交通大学 2021-01-12
压接型IGBT器件封装的电热力多物理量均衡调控方法
1. 高压IGBT器件封装绝缘测试系统 针对高压IGBT器件内部承受的正极性重复方波电压以及高温工况,研制了针对高压IGBT器件、芯片及封装绝缘材料绝缘特性的测试系统(如图1所示),可实现电压波形参数、温度和气压的灵活调控,用于研究电压类型(交、直流、重复方波电压)、波形参数、气体种类、气体压力等因素对绝缘特性,具备放电脉冲电流测量、局部放电测量、放电光信号测量、漏电流测量及紫外光子测量等功能(如图2所示),平台相关参数:频率:DC~20kHz,电压:0~20kV,上升沿/下降沿:150ns可调,占空比:1%~99%,温度:25℃~150℃,气压:真空~3个大气压。  2.压接型IGBT器件并联均流实验系统 针对高压大功率压接型IGBT器件内部的芯片间电流均衡问题,研制了针对压接型IGBT器件的多芯片并联均流实验系统(如图3所示),平台具有灵活调节IGBT芯片布局,栅极布线,温度和压力分布的能力,可开展芯片参数、寄生参数以及压力和温度等多物理量对压接型IGBT器件在开通/关断过程芯片-封装支路瞬态电流分布影响规律的研究,以及瞬态电流不均衡调控方法的研究;平台相关参数:电压:0~6.5kV,电流:0~3kA,温度:25℃~150℃,压力:0~50kN。   图3 压接型IGBT多芯片并联均流实验 3.高压大功率IGBT器件可靠性实验系统 随着高压大功率 IGBT 器件容量的进一步提升,对其可靠性考核装备在测量精度、测试效率等方面提出了挑战。针对柔性直流输电用高压大功率 IGBT 器件的测试需求,自主研制了 90 kW /3 000 A 功率循环测试装备和100V/200°C高温栅偏测试装备(如图4所示)。功率循环测试装备可针对柔性直流输电中压接型和焊接式两种不同封装形式的IGBT开展功率循环测试,最多可实现12个IGBT器件的同时测试。电流等级、波形参数、压力均独立可调,功率循环周期为秒级,极限测试能力可达 300 ms,最高压力达220 kN,虚拟结温测量精度达±1°C,导通压降测量精度达±2mV。高温栅偏测试装备可实现漏电流和阈值电压的实时在线监测,最多可实现32个IGBT器件的同时测试。 4. 压接器件内部并联多芯片电流及结温测量方法及实现 高压大功率压接型IGBT器件内部芯片瞬态电流及结温测量是器件多物理量均衡调控及状态监测的基本手段,针对器件内部密闭封装以及密集分布邻近支路引起的干扰问题,提出了PCB罗氏线圈互电感的等效计算方法,实现了任意形状PCB罗氏线圈绕线结构设计,设计了针对器件电流测量的方形PCB罗氏线圈(如图5所示),实现临近芯片电流造成的测量误差小于1%;针对器件内部多芯片并联芯片结温测量,提出了压接型IGBT器件结温分布测量的时序温敏电参数法,通过各芯片栅极的时序单独控制(如图6所示),在各周期分别进行单颗IGBT芯片结温的测量,进而等效获得一个周期内各IGBT芯片的结温分布。在此基础上,完成了集成于高压大功率器件内部的多芯片并联电流测试PCB罗氏线圈以及时序温敏电参数测量驱动板的设计(如图7所示)。 5. 自主研制高压大功率电力电子器件 面向电力系统用高压大功率电力电子器件自主研制的需求,开展了芯片建模与筛选、芯片并联电流均衡调控、封装绝缘特性及电场建模以及器件多物理场调控等方面工作,相关成果支撑了国家电网公司全球能源互联网研究院有限公司3.3kV/1500A、3.3kV/3000A以及4.5kV/3000A硅基IGBT器件的自主研制,并通过柔直换流阀用器件的应用验证实验,同时也支撑了世界首个18kV 压接型SiC IGBT器件的自主研制。
华北电力大学 2021-05-10
一种基于紫外光激发的白光发射器件及其制备方法
本发明涉及一种半导体发光与显示器件的制备方法,具体地说,是涉及一种基于紫外光激发的白光发射器件及其制备方法,属光电集成技术领域。该制备方法包括如下步骤:清洗硅片、在清洗后的硅片上制备多孔硅、在多孔硅上沉积氮化铝薄膜、用紫外光照射氮化铝薄膜,得到在可见光区发光的白光发射器件。 技术推广意向:半导体发光与显示领域技术创新:本发明具有如下的有益效果:器件结构简单,无污染,制备成本低;不需要荧光粉,发光效率高;发光性能稳定,光谱波长范围宽。
江苏师范大学 2021-04-11
一种用于高可靠性WLCSP器件焊接的无铅钎料
本发明公开了一种用于高可靠性WLCSP器件焊接的无铅钎料,属于金属材料类及冶金领域钎焊材料。该种无铅钎料中的纳米Al颗粒的含量为0.01~1%,纳米CeO2的含量为0.01~1%,Ag的含量为0.5~4.5%,Cu的含量为0.2~1.5%,余量为Sn。使用市售的Sn锭、Sn-Cu合金、Sn-Ag合金,按设计所需成分配比,预先熔化,然后加入纳米颗粒,采用高能超声搅拌的制造工艺冶炼无铅钎料,为防止元素的烧损在惰性气体保护气氛中冶炼、浇铸成棒材,然后通过挤压、拉拔即得到所需要的钎料丝材,也可将新钎料制备成焊膏使用。本无铅钎料对应无铅焊点的抗疲劳特性和抗跌落特性得到显著提高。 
江苏师范大学 2021-04-11
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