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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
一种变异种系 SCN11A 基因在制备诊断芯片中的应用
本发明提供了一种变异的 SCN11A 基因,即人类周围神经发作 性疼痛致病基因 SCN11A,其特征在于该变异的 SCN11A 基因的第 673 位碱基由野生型的 C 变异为 T;或该变异的 SCN11A 基因的第 2423 位碱基由野生型的 C 变异为 G。本发明还提供了一种检测来源于人体 生物样本中是否存在所述基因的突变方法及检测试剂盒。本发明提供 的变异的人类 SCN11A 基因可用于制备人类周围神经发作性疼痛基因 诊断芯片,变异的人类 SCN11A 基因所编码的蛋白质可作为治疗人类 周围神经
华中科技大学 2021-04-14
射频集成电路与系统以及数模混合集成电路
具有有源电感结构的前馈共栅跨阻放大器电路,双负反馈前馈共栅差分结构跨阻放大器电路
东南大学 2021-04-13
智能家居系统集成平台
本项目来源于国家项目,目前已经申请专利。 智能家居是以住宅为平台,利用综合布线技术、网络通信技术、自动控制技术、远程控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成,构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统,提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境。 本平台由环境感知系统、家电控制系统、信息整合平台和远程控制系统组成。 环境感知系统由无线传感网络和相应的数据接口组成;家电控制系统由家电控制子网管和普通家电组成;信息整合平台由Agent中间件接和集中控制网关组成;远程控制系统由手机、平板和网关组成。平台的主要功能有:1、     环境感知:布置在家庭环境中的温湿度、光照、烟雾、有害气体传感器,利用WSN技术组网,能够实时地采集环境数据,并上传到网管进行分析;2、     家电控制:在数字家庭中布置1到多个物联网智能红外遥控器,通过以太网、RS485、Zigbee等技术连接到网关,通过智能学习家电控制码,完成家电控制的请求;3、     调度:家庭网关系统可以和任何家庭设备对话,随时监测设备的状况(无须打扰用户),这样便于车辆的集群调度;4、     安防预警:烟雾和有害气体传感器能够随时监控室内环境,网关分析监控数据并在必要的时候报警;5、     远程控制与信息推送:手机软件与智能家居网关通过WCF技术相连,利用GSM推送信息,实现远程接听监控和危险报警;6、     系统接入接口:利用WCF技术发布WebService服务,可以满足跨平台的设备接入,同时提供C#语言的设备接入规范SDK;7、     信道安全附加硬件:硬加密信息传输信道,保证传输过程的安全性。
北京科技大学 2021-04-11
信息系统的开发及集成
成果描述:在研究制造业不同类型生产车间的生产管理特点基础上,提取其共性的管理特征,在开放体系结构的软件平台上,以企业在网络环境下产品信息的获取、管理、集成和共享为核心,提供以PDM为基础平台集成CAPP、ERP、MES的综合信息管理平台。市场前景分析:近年来承担和实施的主要信息系统有: 总参57所生产管理信息系统 总参57所CAPP系统 成都工程机械厂ERP系统 成都工程机械厂CAPP系统 东方汽轮机厂CAPP系统 东方电机厂下料排样及车间管理系统 成飞标准件数字化管理信息系统(航空部科技进步三等奖) 超七生产状态信息控制系统(成飞公司) 成飞公司设备维修车间管理信息系统(成飞公司) 成飞公司木模车间管理信息系统(成飞公司) 中国水电建设集团夹江水工机械厂CAPP系统 中国水电建设集团夹江水工机械厂ERP系统 德恩传统件厂ERP系统 四川省公路客运管理信息系统…与同类成果相比的优势分析:本研究所开发有完全自主知识产权的SCU_PDM,SCU_CAPP,SCU_WorkShop等系列产品,能实现从企业的设计、工艺到生产、车间等全方位的信息化管理,其中SCU_CAPP,SCU_WorkShop均获四川省科技进步三等奖。
四川大学 2021-04-11
港口自动化管理集成系统
港口自动化管理集成系统包括港口管理自动化和机械控制自动化两部分。其中港口管理自动化可分为堆场管理系统、监控管理系统和门禁管理系统;机械控制自动化分为机械自动控制系统、机械可视集成管理系统和机械集成维护管理系统。通过与和记黄埔港务和振华港机的多年合作,研发并推广了上述多项应用系统,其中基于DGPS的箱位检测、堆场管理和自动驾驶系统,目前已成功实施500多套,应用在国内外二十多个大型集装箱码头,性能优于国外同类产品。
南京大学 2021-04-14
产品数据集成管理系统(BITPDM)
Ø  成果简介:BITPDM是面向科研院所与中小规模制造企业开发的,面向产品全生命周期进行产品数据及过程管理的业务集成平台,实现产品信息、项目信息、电子文档、产品状态信息、工艺信息、资源信息及设计过程的集成管理。BITPDM系统提供的功能包括:项目管理、电子仓库管理、电子文档管理、产品结构与配置管理、基于产品族的标准件管理、设计过程与任务管理、数据状态管理、集成的工艺/工装/资源管理、系统配置与管理等。BITPDM系统运行于Windows操作系统,支持Oracle、SQL Ser
北京理工大学 2021-04-14
干式变压器CAD集成系统
该系统以数据库为支撑,集干式变压器的电磁设计、结构设计、性能分析和全套干式变压器的生产图纸和工装模具图纸自动生成诸多功能于一体,实现干式变压器设计的高度自动化。目前已用于工厂产品设计。 全部工作都是数据库支撑下完成的,不需查表格输入任何数据。从电磁设计到生成全套图纸可以在很短时间内完成。快且节省人力,满足当前市场要求交货快的需要,且投标时已可完成
西安交通大学 2021-01-12
集成电路设计实验系统
   集成电路设计实验系统,利用真实工程案例拆分出微小中型案例,植入学校人才培养,作为主干课程实验、课程设计、实习实训、毕业设计等所需项目资源,切实提升学生实践动手能力。
安徽青软晶芒微电子科技有限公司 2021-12-16
一种石墨烯基双模混合集成电控液晶微透镜阵列芯片
本发明公开了一种石墨烯基双模混合集成电控液晶微透镜阵列,包括阵列化控光架构、第一驱控信号输入端口和第二驱控信号输入端口,阵列化控光架构的上下层之间顺次设置有第一基片、微圆孔形图案化石墨烯电极、第一液晶定向层、第一液晶层、第二液晶定向层、石墨烯共地电极、第二基片、第三液晶定向层、第二液晶层、第四液晶定向层、微圆环孔形图案化石墨烯电极、第三基片,微圆孔形图案化石墨烯电极、石墨烯共地电极和微圆环孔形图案化石墨烯电极分别
华中科技大学 2021-04-14
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