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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
腰果酚环氧丙烷基醚的合成方法
腰果酚环氧丙烷基醚的合成方法,它涉及一种醚的合成方法.本发明的目的是为了提供一种反应简单,条件易于控制,产生乳状物,产率高的腰果酚环氧丙烷基醚的合成方法.其合成方法如下:一,将腰果酚和相转移催化剂混合,加入氢氧化钾水溶液,加热搅拌,滴加环氧氯丙烷,再加热到,然后冷却至室温;二,用石油醚萃取步骤一所得的产物三次,合并有机层,用旋转蒸发仪浓缩,得到淡黄色腰果酚环氧丙烷基醚;三,将淡黄色腰果酚环氧丙烷基醚用硅胶柱层析精制,得到无色透明的腰果酚环氧丙烷基醚.本发明使用相转移催化剂在碱性条件下合成腰果酚环氧丙烷基醚,操作简单,不产生乳化现象,产率高.
哈尔滨师范大学 2021-05-04
一种好氧污泥快速颗粒化的装置
本实用新型公开了一种好氧污泥快速颗粒化的装置,属于环保设备领域。本实用新型通过对颗粒污泥培养装置内部结构进行水力优化,使水流能够在曝气作用下进行内外循环,反应器轴向上能够形成较稳定的循环流,提供良好的DO、底物传质及泥水混合的水力条件,促使气液充分混合和规则流动,有利于好氧颗粒污泥的快速形成。同时,本实用新型对水力死角进行了优化设计,使污泥无法在装置底部沉积,能够最大限度参与反应循环。
浙江大学 2021-04-13
一种连续式无氧热解炭化机
申 请 号】201520774529.9 【发 明 人】段金廒;鲁学军;钱大玮;郭盛 【摘要】 本实用新型公开了一种连续式无氧热解炭化机,它包括螺旋给料器,预热干燥室,气化热解室,炭化室,冷却室,烟气余热回收器,热水贮罐,旋风分离器,过滤器,第一冷凝器,第二冷凝器,淋洗塔,木煤气贮罐和控制系统。该连续式无氧热解炭化机,结构设计合理,操作方便,即可保留无氧热解法处理生物质垃圾无害化、资源化、环保的优点,又可降低无氧热解生物质垃圾制取生物炭的成本,更加节能环保,可克服现有技术运行成本高的缺陷,同时可实现中药材及中药生产过程废弃物无氧热解炭化处理的连续化生产,生产效率高,劳动强度低。  
南京中医药大学 2021-04-13
一种煤粉低 NOx 富氧燃烧装置
本发明公开了一种煤粉低 NOx 富氧燃烧装置,包括炉膛、氧气罐、氧化剂喷嘴、中心喷嘴、蒸气喷嘴和蒸气发生器,中心喷嘴安装在炉膛的一侧;一次风管道的侧壁通过一次蒸气进气管道与蒸气发生器的出口连接;氧化剂喷嘴安装在炉膛上与中心喷嘴相同的一侧;氧化剂喷嘴的出口伸入炉膛内,其进口连接二次风管道,二次风管道通过二次蒸气进气管道与所述的一次蒸气进气管道连接,二次风管道的侧壁通过氧气进气管与氧气罐连接;蒸气喷嘴安装在炉膛上与中心喷
华中科技大学 2021-04-14
发现活性氧延长生命的新机制
揭示了活性氧(ROS)可以通过改变胰岛素信号路径延长昆虫生命的新机制ROS已经被定性为诱发衰老的自由基学说。近年来发现药物处理后升高的ROS能诱导延长生命的若干例子,但是受到普遍的质疑,因为迄今为止没有发现自然的、生理水平的ROS能延长生命的实例。       以农业害虫棉铃虫的滞育(类似冬眠,和生命延长同义)为研究目标,发现了第一例自然发生的、生理水平的ROS作为胞内信号调节脑的一个独特的胰岛素信号路径来实现生命延长 (见下图),证明了生理水平的ROS对生物体的有益性以及延长生命的独特机制是本项工作的核心创新点。此外,该研究工作能够很好地解释过去文献报道中无法解释的矛盾现象: 人类补充抗氧化剂(如β-胡萝卜素、维生素A、E等)为什么增加死亡率,而不是延长生命?为什么人类运动锻炼后补充抗氧化剂会抵消锻炼的效果?上皮线粒体氧化损伤为什么能延迟年轻小鼠的衰老,但是却加速年老小鼠的衰老?如果用本项研究结果就可以完美地解释了:ROS对生物个体的有害性体现在老年期,在中青年期是有益的,这也是本项工作的创新点之一。
中山大学 2021-04-13
产教深度融合 创新物联网专业人才培养
物联网作为我国重点发展的战略性新兴产业之一,对于支撑“网络强国”和“中国制造2025”等国家战略具有重要意义。然而,当今高校物联网专业却普遍面临人才培养与产业发展不适配、教育内容与产业技术应用相脱节等挑战。本案例通过构建“多主体参与、多模式共融、多层次渐进”的物联网产业学院,全面推动企业优势与教育资源融合,从人才培养目标重构,产教融合创新平台搭建,以及“专创融合”+“赛教融合”的人才培养模式构建等方面,全面提升物联网专业人才培养质量,着力培养创新能力强、可适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才,使学生实践能力显著增强,就业率和创业成功率大幅提升。
天津市大学软件学院 2025-05-16
置物箱
本实用新型公开了置物箱,属于置物箱技术领域。置物箱,包括底座,底座底面上固定安装有万向滚轮,万向滚轮上固定连接有锁紧装置,底座上方设置有封闭式置物装置,封闭式置物装置包括有大型置物柜和小型置物柜,大型置物柜和小型置物柜均包括有柜门和置物腔,柜门的一侧竖直棱边上固定安装有铰链,柜门通过铰链与柜体活动连接,另一侧竖直棱边上固定安装有电子锁;封闭式置物装置上端固定连接有置物台,置物台的侧壁上嵌入安装有扫码服务装置;本实用新型有效解决在火车站、机场等场所未设置公共置物设施,旅客临时置物较为不便
安徽建筑大学 2021-01-12
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