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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 LED 倒装芯片的圆片级封装结构、方法及产品
本发明公开了一种 LED 倒装芯片的圆片级封装结构、方法及产 品,包括 LED 倒装芯片、硅基板、透镜、印刷电路板和热沉;硅基板 正面加工有放置芯片的凹腔,凹腔底部的长度与芯片的长度相同;硅 基板的反面加工有两组通孔,两通孔与凹腔相连通;在凹腔和两通孔 的表面沉积有绝缘层;凹腔表面的绝缘层上沉积有散热金属层和反光 金属层;两通孔内填充有金属体,通孔内的金属体与凹腔表面的散热 金属层相接;凹腔内底部的两金属层存在一开口,用于将该金属层隔 离为两部分;硅基板的反面沉积有绝缘层,该绝缘层表面布线用于电 极连接的金属层;凹腔内涂覆有荧光粉,凹腔的外围加工有用于固定透镜的环形定位腔。本发明能够提高 LED 出光效率、加强散热能力且 完成自对准。 
华中科技大学 2021-04-11
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
【高校科技创新成果推介】北京大学碳纳米管芯片技术
开拓创新·高校科技创新成果展
中国高等教育学会 2022-09-01
一种适应多规格芯片的表面贴装机拾取装置
本实用新型公开了一种适应多规格芯片的表面贴装机拾取装置,包括 Z 向进给模块、传动模块、气路模块、花键轴模块和吸嘴模块,其中 Z 向进给模块用于带动背板上下运动;气路模块中的真空发生器用于产生真空,并通过气管、快接接头和花键轴联接,在花键轴内部产生真空环境;传动模块用于保证吸取的芯片在贴装时姿态的精准度;花键轴模块用于传递旋转运动和提供缓冲作用;吸嘴模块则通过吸嘴头与吸嘴杆内嵌的密封垫产生不同的配合,控制不同组合的通气孔的开闭,进而使吸嘴头产生不同尺寸的真空域。通过本实用新型,应能够仅采用一种吸嘴即
华中科技大学 2021-04-14
一种倒装 LED 芯片在线检测收光测试积分球
本实用新型公开了一种倒装 LED 芯片在线检测的收光积分球,该收光测试组件包括积分球组件和光学测试组件,其中积分球组件包括积分球模块、积分球夹具、积分球升降装置;其中积分球模块包括积分球、积分球 90°转接头,积分球的开口设置有石英玻璃,其设置方式是采用石英玻璃夹具套设在积分球的收光口处,其中石英玻璃夹具呈圆筒状,其内侧在略高于收光口的上方设置有凸台,用于放置固定石英玻璃。按照本实用新型设计的收光测试组件,能够成功地解决倒装 LED 芯片测试探针下压时的不稳定问题,能显著提高积分球的收光效率,具有高
华中科技大学 2021-04-14
一种固态盘闪存芯片阈值电压感知方法及系统
本发明公开了一种固态盘内部闪存芯片阈值电压感知优化方法, 主要用于多层单元闪存芯片使用低密度奇偶校验码纠错时的一种优化 方法。该系统结构主要由 LDPC 编码模块、闪存芯片存储模块、非均 匀阈值电压感知模块、对数似然比计算模块和 LDPC 译码模块组成。 LDPC 编码模块主要对原始数据利用 LDPC 生成矩阵编码生成码字; 闪存芯片存储模块主要存储数据;非均匀阈值电压感知模块主要对闪 存芯片进行非均匀阈值电压感知;
华中科技大学 2021-04-14
一种液晶基电调空间分辨率全色成像探测芯片
本发明公开了一种液晶基电调空间分辨率全色成像探测芯片,包括陶瓷外壳、金属支撑和散热板、驱控和图像预处理模块、面阵全色成像探测器、以及面阵电控液晶微透镜,驱控和图像预处理模块、面阵全色成像探测器、以及面阵电控液晶微透镜设置于陶瓷外壳内,陶瓷外壳后部固定设置于金属支撑和散热板顶部,驱控和图像预处理模块固定设置于陶瓷外壳后部与金属支撑和散热板连接处,面阵全色成像探测器平行设置于驱控和图像预处理模块顶部,面阵电控液晶微
华中科技大学 2021-04-14
一种适应多规格芯片的表面贴装机拾取装置
本发明公开了一种适应多规格芯片的表面贴装机拾取装置,包 括 Z 向进给模块、传动模块、气路模块、花键轴模块和吸嘴模块,其 中 Z 向进给模块用于带动背板上下运动;气路模块中的真空发生器用 于产生真空,并通过气管、快接接头和花键轴联接,在花键轴内部产 生真空环境;传动模块用于保证吸取的芯片在贴装时姿态的精准度; 花键轴模块用于传递旋转运动和提供缓冲作用;吸嘴模块则通过吸嘴 头与吸嘴杆内嵌的密封垫产生不同的配合,控制不同组合的通气孔的 开闭,进而使吸嘴头产生不同尺寸的真空域。通过本发明,应能够仅 采用一
华中科技大学 2021-04-14
一种用于无源超高频 RFID 标签芯片的解调电路
本发明公开了一种用于无源超高频 RFID 标签芯片解调电路, 包括整流电路、取包络电路、低通滤波电路、均值产生电路、比较器、 整形电路、使能控制电路、偏置电路。整流电路由主级和辅助级构成, 采用阈值补偿实现,取包络电路在使能控制电路控制下提取包络,低 通滤波电路直接采用 RC 结构,均值产生电路由运算放大器、二极管 和电容构成,利用峰值检测的原理实现,比较器采用开环的运算放大 器实现,整形电路由两个级联的反相器构成,
华中科技大学 2021-04-14
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