已有样品/n基于AlGaN/GaN异质结材料体系，通过采用导电机制融合和能带分区调控的先进技术路线改变传统氮化镓肖特基二极管正向电压与反向电流等参数之间的经典调控规律，采用无损伤工艺，提升了器件的均匀性和可靠性，进一步提升了氮化镓肖特基二极管的性能。测试结果达到1700V反向耐压，正向开启电压达到0.38V以及高防浪涌能力，为肖特基二极管器件市场提供了一种新选择。

激光雷达等传感器以及高效率砷化镓太阳能电池是国务院国家制造强国建设战略咨询委员会列出的核心基础元器件，本项目在国务院国资委以及国家级人才计划科研项目支持下，联合国内知名企业进行关键技术攻关，研制出基于砷化镓的超快半导体激光芯片与激光器可适用于激光加工、5G通信、生物医疗等领域，同时研制出的高效率砷化镓薄膜三结电池曾获得世界最高效率，相关产品已处于中试和量产阶段，本项目相关技术和产品曾获得过2018年度上海市科技进步二等奖，2020年中国发明协会发明创新二等奖，2020年中国光学学会光学科技奖一等奖等奖励。本次将展示本项目研制的相关砷化镓基半导体激光器以及高效率柔性轻质砷化镓薄膜三结太阳能电池。

（一）项目背景 当前以硅、砷化镓为代表的第一和二代半导体接近其物理极限，以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体是当前国际竞争热点，也是我国发展自主核心半导体产业、实现换道超车的难得机遇。氮化镓（GaN）特别适合制作高频、高效、高温、高压的大功率微波器件，是下一代通信、雷达、制导等电子装备向更大功率、更高频率、更小体积和抗恶劣环境（高温抗辐照）方向发展的关键技术。 目前氮化镓基射频器件已接近于商用，需解决从走出实验室到小量中试的最后“1 公里”，重点攻克其在可靠性工艺和量产稳定性的瓶颈。 以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体是当前国际竞争热点，也是我国发展自主核心半导体产业、实现换道超车的难得机遇。 半导体作为信息时代的“粮食”，将成为 5G 基建、特高压、城际高铁和城际轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网等“新基建”七大领域发展的支柱性产业。而氮化镓为代表的宽禁带半导体先进电子器件，凭借其高效、高压、高温等优势，将在“新基建”中大放异彩，可以弥补传统半导体器件的技术瓶颈，满足更高性能器件要求。 （二）项目简介 5G 要求更高的数据传输速率，发射机的效率会出现指数级的下降。这种下降可以使用包络跟踪技术来修复，该技术已经在较新的 4G/LTE 基站以及蜂窝电话中采用。基站中的包络跟踪需要高速，高功率和高电压，这些只有使用 GaN 技术才能实现。诸如 GaN 助力运营商和基站 OEM 等实现了 5Gsub-6-GHz 和 mmWave 大规模 MIMO 的目标。 GaN 可以说为 5Gsub-6-GHz 大规模 MIMO 基站应用提供了众多优势：1、在 3.5GHz 及以上频率下表现良好，对比其他产品优势明显。2、GaN 的特性能转化为高输出功率，宽带宽和高效率。采用 DohertyPA 配置的 GaN 在 100W 输出功率下的平均效率达到 50%至 60%，明显降低了发射功耗。3、在高频和宽带宽下的效率意味着大规模 MIMO 系统可以更紧凑。4、可在较高的工作温度下可靠运行，这意味着它可以使用更小的散热器。 根据 Strategy Analytics 的数据，预计 5G 移动连接将从 2019 年的 500 万增长到 2023 年的近 6 亿。所以需求还将不断上涨。 根据Strategy Analytics的数据，预计5G移动连接将从2019年的500万增长到2023年的近6亿。所以需求还将不断上涨。 Efficient Power Conversion 的首席执行官兼联合创始人Alex Lidow 讨论5G时也说道：“基站中的包络跟踪需要高速，高功率和高电压，这些只有使用GaN技术才能实现。根据Yole Development公司发布的2018年度报告数据显示，随着全球整体数据流量的激增，我国5G产业将迎来大规模的需求增长。预计到2022年，我国5G基站规模将达到千亿市场，5G基站数量将达百万个。所以未来氮化镓基射频器件是5G通信基站收发端的核心。 氮化镓基射频器件是华为和中兴发展 5G 通信产业的核心器件，西安电子科技大学氮化镓射频器件研究团队自 2016 年起就与华为西安研究所、中兴西安研究所等国内主流5G通信公司协同攻关开展氮化镓基射频器件的研究，目前承担的流片服务项目合计约 500 万元。 2017 年，西安电子科技大学与西安市高新区、西电电气集团等联合成立“陕西半导体先导技术中心”，中心致力于推动陕西第三代半导体产业发展，促进以氮化镓为代表的射频器件、功率器件等加速产业化，2019 年团队向陕西半导体先导技术中心转让专利 35 项，作价 2000 万元，双方正在联合推进搭建第三代半导体中试平台，平台将会立足西安，服务全国，提升氮化镓基射频器件量产工艺可靠性，实现相关技术成果转化。 （三）关键技术 本项目由西安电子科技大学作为技术攻关的主要单位，制定技术路线，保障国家重大科技专项“高效 GaN 微波功率器件及可靠性研究”和“5G 移动通信 GaN 芯片可靠性机理研究”研究，与华为和中兴联合开展工程合作项目实施，加快解决器件工艺可靠性工程问题，重点开展氮化镓微波功率与太赫兹器件工程技术研究，突破高性能低缺陷外延材料生长、高效率高可靠氮化镓微波功率器件工艺技术等关键瓶颈问题，协助规模量产高效率 S-Ku 波段典型氮化镓功率器件和模块、5G 基站核心射频模块。

氧化锆纤维成果转化 本项目涉及从原料的合成、纤维及其制品的制备以及相关设备等系列专利群，具有独立自主知识产权，该发明专利群不仅在技术上处于国际领先水平，还可转化为生产力，形成具有高附加值的产品，产生经济价值和社会效益。本项目在国内外没有先例可借鉴，从工艺到设备大都是自主研发设计，投入的人力、物力和时间非常大。已在山东德艾普节能材料有限公司实施转化。 由于氧化锆纤维具有极低的高温导热系数和耐温性，决定了氧化锆纤维及其制品在超高温隔热领域具有及其广泛的应用市场前景。主要应用包括高温电炉、退火炉、单晶炉、中高频感应炉以及气氛炉等的高温面的隔热。1600度以上的保温，每年具有几千吨的市场需求，可产生上百亿的经济价值。 《氧化铝特种陶瓷材料及相关应用》成果转化 该专利技术成果主要涉及的是氧化铝微晶陶瓷磨料(S-G磨料)和氧化铝基陶瓷纤维的“溶胶-凝胶”法制备及其相关应用等，已在山东东珩胶体材料有限公司实施转化。 氧化铝特种陶瓷材料及相关应用市场需求大，技术转化条件成熟，具有良好的转化前景。微晶陶瓷磨料(S-G磨料)和氧化铝纤维在国际上已经得到普遍的应用和推广，尤其是在军事材料、航空航天材料。目前国内还是空白，但是以美日为首的西方发达国家对我国进行技术封锁、材料禁止买卖，限制我国先进制造业、航空、航天等方面的发展，陈代荣教授团队研究的氧化铝特种陶瓷材料将会填补国内空白，打破美日等国对我国的技术封锁，实现氧化铝陶瓷材料在军事、航空、航天、人民生活用品等方面的广泛应用。 碳纤维复合芯架空导线 碳纤维复合芯导线是一种新型节能型增容导线，具有质轻，高强、耐腐、抗疲劳、弧垂变化小、安全节能等优点，同时可以实现倍容输电，并具有自融冰功能，可以减少输电回路，提高架线土地利用率，降低线路改造成本，是原有钢芯铝绞线的最佳替代品。适用于高地质灾害、大跨越、城网改造升级、沿海等高腐蚀区域以及超高压和特高压输电，有助于构造安全、环保、高效节约型输电网络。 本产品以高性能碳纤维及山东大学自主研发的耐高温特种树脂为原料，具有独特的防劈裂结构设计，以先进的自动化拉挤机组为硬件保障，产品性能指标达到国际领先水平，六家合作企业挂网业绩已达3万公里。曾获国家能源科技进步一等奖，山东省科技进步一等奖等奖项。 碳纤维系列成果还有碳纤维复合材料抽油杆、单兵防护、碳纤维复合材料高压气瓶、碳纤维复合材料三维编织体等，成熟度基本都可以量产。

本工作中，基于安徽大学微纳加工平台以及香港科技大学纳米系统实验制造中心联合制造出了两款氮化镓功率器件，分别实现了电压驱动/电流驱动的栅极结构，为后续的驱动设计和研发提供了器件技术支持；工作中也同时提出了两种结构在高温下的稳定性模型，为进一步提升氮化镓器件的性能以及可靠性打下了基础。

近日，我校物质科学与信息技术研究院唐曦教授课题组与电气工程与自动化学院胡存刚教授、曹文平教授课题组在氮化镓功率器件领域取得最新研究进展，在氮化镓GaNHEMT方向取得突破。

深度“治水”关键技术——高级氧化 高级氧化技术：在高温高压、电、声、光辐射、氧化剂、催化剂等条件下产生强氧化性•OH自由基，高效氧化大分子难降解有机物以及饮用水微量污染物的深度处理技术。 思普润-HYRASAOR高级氧化系统 思普润基于O3、H2O2、UV开发出HYRASAOR (Hydroxyl Radical Special Advanced Oxidation Reactor) 系列高级氧化系统，形成O3/ H2O2 /UV、O3/ H2O2 、UV/ H2O2 、UV/O3等系列高级氧化技术。可广泛应用于工业污水厂达标排放、市政污水厂新建及提标改造、嗅味去除、微污染物降解及地下水修复等领域。

以轻质高分子聚合物聚酰亚胺（简称 PI）为柔性衬底的 CIGS 电池不但保持着玻璃衬底太阳电池的一些优良性能，同时还具备不怕摔碰、可卷曲折叠、在制作中可按要求剪裁等特点，具有更广阔的应用前景。PI 薄膜不吸水、绝缘性能好、重量轻（70g/m2）、厚度薄（仅为 0.05mm）、表面光滑及可弯曲等特点，是高功率重量比太阳电池的首选衬底材料，其功率重量比可高达 2000W/Kg（未封装），并且由于 PI 衬底 CIGS 电池可实现大面积卷－卷（Roll-to-Roll）连续化生产，为进一步降低光伏电池成本开辟了有效途径。通过研究低温生长CIGS 薄膜中 Na 掺杂对材料生长及器件复合机制的影响，改善了器件光电性能。柔性聚酰亚胺（PI）CIGS 太阳电池大面积单体电池 2cm×2cm 与 4cm 4cm×4cm 柔性大面积 PI 衬底 CIGS 太阳电池效率分别达 8%与 7%（由中科院太阳光伏发电系统和风力发电系统质量检测中心鉴定）。

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。

铝镓合金是一种新型、易储、即取的固体能量块。其是以铝为主体的在线供氢材料，加水实现平稳释氢。其制备工艺流程简单、易于实现，且产品易于储存、运输和销售。该项成果处于同类产品世界领先水平，其产业化能够避免目前氢气利用过程中储存、运输和加注等环节带来的困扰，从而有效突破阻碍氢能源经济发展的技术瓶颈。 研究团队 吉林大学材料科学与工程学院 魏存弟教授研发团队 成果成熟度 可产业化。