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[成果] 1700520388 北京
TN3 应用技术 电子器件制造 公布年份:2018
成果简介:该项目的主要完成人重点围绕宽禁带半导体、二维半导体的能带结构和器件输运性能,系统地研究了几类重要半导体的掺杂机制和性能预测,这些工作对于半导体掺杂技术的发展具有重要的科学价值。该项目主要原创性的成果包括:提出利用钼碳共掺的方法可以大幅提高TiO2光催化效率,已经被相关实验所证实;系统研究了“d0-铁磁性”材料的物理机制,为制备非磁性掺杂自旋器件提供了一种全新的思路;系统研究了纳米器件中施主和受主杂质的掺杂特征,提出了解决纳米材料中掺杂瓶颈问题的方法;报道了一系列在新型二维半导体材料中出现的新奇物理现象和掺杂机理。项目成果被欧美等知名学者(包括诺贝尔奖获得者、美国/欧洲科学院院士等)作为领域重要进展写入专著或综述论文,提出多项理论预测被国际一流实验所证实,首次提出多项概念和方法被国际知名学者所采用。8篇代表性论文SCI他引1490次,其中5篇入选ESI高被引论文榜,获授权国家发明专利6项,部分工作被《自然》(亚洲材料)选为“亮点论文”,两篇论文入选“2009年中国最有影响的百篇国际学术论文”。这些工作对半导体掺杂理论的发展,对于新一代纳米器件和第三代半导体器件的结构设计以及性能预测起到重要的指导作用。
[成果] 1800120279 北京
TN3 应用技术 专用化学产品制造 公布年份:2017
成果简介:中国科学院半导体研究所受包头山晟新能源公司委托,经过多年的实验研究和理论分析,提出了以冷坩埚技术为基础的多晶硅提纯工艺路线,创立了一种新型低成本、环境友好、高效的多晶硅提纯技术和整套工艺规范,实现批量生产。硅提纯工艺其产品直接就是多晶铸锭,使提纯与定向凝固有机整合成了一个工艺环节,缩短了工艺流程,降低了产品成本;另一方面,该工艺使用的坩埚是可以重复使用的水冷铜坩埚,提纯过程没有使用价格昂贵的高纯石英及石墨。
[成果] 1800120125 北京
TN3 应用技术 电子器件制造 公布年份:2017
成果简介:半导体分立量子点是典型固态“类原子”纳米结构,其量子发光物理特性、光子态相干操纵方法、微腔耦合效应等研究是近年来国际上纳米光电子器件领域的前沿热点。基于半导体分立量子点开展量子光源器件和极低功耗发光器件将为低功耗、安全光子信息技术的持续发展提供关键的光子器件的解决方案。分立量子点可控制备。单光子相干操控、存储等精密光谱学。SiGe量子点光子晶体谐振腔纳米发光器件。
[成果] 1700470280 北京
TN2 应用技术 电子器件制造 公布年份:2017
成果简介:具有平面工艺制作和体积小等优点的回音壁模式微腔激光器可作为光电子集成芯片的光源,是国际光电子学领域的研究热点。但如何实现这种界面全内反射微腔激光器的定向输出是一个涉及三维谐振腔结构模拟设计、辐射损耗控制,以及器件工艺实现的关键难题,解决该难题将为光电子集成芯片的发展奠定一个科学基础。项目组在国家自然科学基金杰出青年基金和重点基金,以及科技部973和863等项目持续支持下,针对回音壁模式微腔激光器的模场变换和定向输出、损耗抑制和光谱调控等关键科学问题,系统研究揭示了多边形微腔中高品质因子模式的形成机理,提出了单端和多端波导输出微腔激光器的方法,并采用平面工艺研制出所设计的器件。主要科学发现点如下: 1.率先建立了完整描述正三角形和正方形介质光学微腔的模场分布和波长解析解,并由此计算模式品质因子,根据驻波模场分布提出直连波导实现定向输出微腔激光器,采用平面工艺研制出单端、双端和四端输出的正方形微腔激光器,国际化合物半导体杂志报道指出课题组首次研制的双端输出微腔激光器为光子集成提供了关键组件,受邀在J. Phys. D发表主题综述论文,总结课题组的正方形微腔激光器研究成果。 2.提出用Baker算法的Pade近似处理时域有限差分数据,实现高品质因子光学微腔的高效数值分析,证明连接波导的圆形微腔中耦合模具有高品质因子,并研制出单端和多端输出圆形微腔激光器,指出纵向弱波导限制的微米尺度半导体微腔纵向辐射损耗机理及控制方法,研制出微米量级半导体微腔激光器,所发表的Padé近似论文SCI他引40次。 3.提出结构微调和耦合腔等方案实现微腔激光器激射光谱调控,研制出单横模微腔激光器,以及双横模稳定工作的双波长正方形微腔激光器,以波长间距可调双模微腔激光器为种子源的可调谐光频梳获得国家重大科研仪器研制项目支持,受邀在Semicond. Sci. Technol.发表主题综述论文,介绍课题组关于光注入对微腔激光器模谱影响的研究成果。 共计发表光学微腔和微腔激光器SCI论文110篇,其中Applied Physics Letters和Optics Letters论文19篇,IEEE系列刊物论文42篇,微腔激光器的研究成果三次获得中国光学重要成果,10篇代表性论文SCI他引共计162次。全部成果由项目组在国内独立完成,第一完成人在系列重要国际会议做邀请报告25次,所培养的博士获得2008年全国百篇优秀博士论文以及2005、2007和2015年中国科学院优秀博士论文,并有8人次获得中国科学院院长优秀奖。
[成果] 1700520211 河南
TN3 应用技术 电子器件制造 公布年份:2017
成果简介:信息网络技术是衡量一个国家综合实力和国际竞争力的重要标志,其中光电子芯片在整个信息网络中处于无可替代的重要地位。平面光波回路(PLC)光分路器芯片和阵列波导光栅(AWG)芯片是支撑信息网络建设的核心光电子芯片之一,光分路器可实现居民小区内高速光信号分支和分配,AWG可实现主干网和城域网多个波长光信号的合波或分波,可充分利用光纤的带宽提高网络通信容量。由于光分路器芯片功率分配不易控制、AWG芯片输出谱平坦度差、波长随温度漂移及产业化平台薄弱等难题,在中国宽带光网络建设初期,每年所需上千万个芯片全部从韩国、日本及以色列进口。在国家“973”、“863”计划及发改委资助下,项目团队经过十多年刻苦钻研,在光分路器芯片及AWG芯片设计、工艺及产业化等方面取得重大突破,实现了宽带网络核心光分路器芯片及AWG芯片的全面国产化,打破国外垄断,其中光分路器芯片更是占全球50%市场份额。取得的主要创新点如下:1.提出光分路器新结构,实现了结构紧凑和任意分光比:首次提出了三分支和Y分支树型级联形成光分路器新结构,减少了级联级数,使传统1×5芯片长度减小2mm,实现了任意分光比光分路器,增加了光纤到户组网灵活性。2.提出降低光分路器插损的新方法:首次发现Y分支插损随窄波导长度周期性振荡规律,解决了光分路器大角度倾斜分光均匀性差及复杂模场高换转损耗等难题,使典型1×8光分路器插损降低0.3dB,通道均匀性提高0.25dB,使接入网中光功率损耗降低6.7%。3.提出提高AWG性能的新方法:国际上率先通过修正传统AWG的输出罗兰圆结构,解决了AWG输出谱边缘通道响应峰偏斜及损耗增大的难题,使通带内平坦度小于0.5dB,损耗均匀性小于1dB,大幅降低了传输网中AWG不同波长光,功率波动对系统的影响。4.提出AWG新型切割及封装新方法:首次提出了AWG芯片曲线切割技术,使晶圆上芯片数量增加一倍。通过使用合适硬度的粘结剂及局部粘结曲线形AWG芯片封装新方法,解决了应力导致曲线切割AWG芯片易于变形和波长漂移的关键技术难题,实现了低成本、高性能有热AWG模块封装。5.建成国际上规模最大的光分路器芯片及AWG芯片产业化平台:自主开发了光分路器芯片及AWG芯片工艺技术,结合国内IC设备供应商,在二氧化硅厚膜材料生长、深刻蚀及低应力处理等关键工艺和设备方面取得重大突破,生产效率提高45%,生产成本降低30%,年产芯片达4000万个。该项目获国家发明专利17项,国内通信行业标准2项,发表论文100余篇。光分路器及AWG产品近三年新增销售9.36亿元,新增利润0.96亿元,推广应用企业烽火通信、亨通光网等新增销售53.9亿元,新增利润4.3亿元。在大幅提升光分路器性能的同时,迫使国际芯片价格下降了90%,为中国宽带建设“提速降费”及信息安全提供了保障,为光纤通信事业做出了重要贡献。
[成果] 1800120556 北京
TN2 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:针对大功率激光材料与器件中基础科学和关键技术问题,项目以发展高品质和大尺寸的激光晶体及非线性光学晶体为研究目标,以单晶材料设计与功能拓展为重点,阐明生长体系过程的热、质场梯度调控以及界面生长动力学过程等生长机理,突破现有技术局限,发展晶体生长新技术与晶体材料表征新方法,解决低吸收、大尺寸激光和非线性晶体等重要晶体的关键生长技术;揭示高功率晶体/芯片热管理中多场耦合高效强化传热机理,实现晶体/激光模块高效散热热沉的结构设计及精确测控温技术;建立提高蓝/绿光二极管直接泵浦光功率密度的方法与手段,突破紧凑、高效钛宝石超短脉冲激光关键技术。
[成果] 1800120566 上海
TN7 应用技术 电子元件制造 公布年份:2017
成果简介:开发了大偏转角度下可实现高反射效率和高衍射效率的硅基液晶芯片。开发了适用于通信波段的大折射率差、大介电常数与低吸收率的液晶材料,利用小像素尺寸的高分辨率硅基液晶芯片精确控制液晶折射率分布,通过大相位延迟硅基液晶芯片实现高反射效率(80%)和高衍射效率(55%)的空间光束大角度(4.5°)偏转;并通过优化渐变式折射率分布的液晶反射镜架构设计,精确控制出射偏转角,实现了满足8×16端口WSS器件需求的硅基液晶芯片。开发了低损耗的中心波长和带宽同步可调级联微环谐振器。开发了可以实现带内平坦度小于0.5分贝通道平坦与带边陡直滤波特性的级联微环谐振器;研究串联级联微环谐振器结构的游标效应,实现了大范围的中心波长可调;同时通过两级串联级联微环谐振器结构的“失谐”,实现滤波曲线大范围的带宽可调。开发了具有高消光比和高器件容忍度的偏振分束器件。通过偏振模式的转换与分离,利用Y分支光路分配的复用,实现芯片的偏振依赖要求。实现了高消光比和高器件容忍度的光栅辅助反向偏振分束器与基于弯曲波导耦合的超紧凑偏振分束旋转器,同时实现了TE偏振与TM偏振的分束旋转功能。开发的器件偏振转化效率高、耦合长度短、插损小、串扰值低。
[成果] 1700470158 北京
TP3 应用技术 电子计算机制造 公布年份:2017
成果简介:该成果属于先进制造与重大装备领域,围绕高性能高分子材料3D打印专用装备及专用料,构建了较为完整的原料到装备一体化系统。打破传统3D打印高分子制品的“有形无神”,使其能够成为承载结构件服务于中国航天航空、汽车及医疗等重要领域,解决了该技术尚不能广泛服务于中国工业化生产的主要问题之一。主要创新点包括: 1.创新性地研制了中低温/高精度激光控制系统:进行激光辐照下高精度中低温控制(100-400±10℃),保持高性能树脂处于最佳熔融成型状态;采用环状/主副双激光束构架,分别控制高性能树脂不同空间/时间的状态,实现树脂的直接熔融成型。 2.创新性地研制了基于高性能高分子材料的激光辅助熔融固化3D打印系统。针对以高性能高分子材料代表性的超高分子量聚合物难成型问题,构建用于此类材料成型的3D打印系统,填补国内外空白,为高性能、难加工高分子材料的加工成型提供解决途径。突破高熔点高强度、超高分子量和复合增强工程塑料粉末床激光选区烧结3D打印的系列关键技术,研制出针对上述材料粉末床激光选区烧结3D打印装备。 3.建立了激光辅助熔融固化3D打印系统专用高性能高分子材料体系。已研制出3D打印用各种高性能聚合物及其复合材料,以及树脂多相/多组分复合材料的结构与性能调控技术。实现微粉受迫熔覆成型技术。解决高性能聚合物熔点高、熔体粘度大、结晶不易控制等关键问题。通过树脂基体结构控制及加工助剂的选用,在保持材料优异物理性能的同时,提升其流动性、熔接性等加工性能,满足增材制造工艺要求,研发出具有自主知识产权的高熔体流动特性的增材制造专用高性能树脂材料。 该成果获授权发明专利49项,技术及相关产品可运用到航空航天、汽车等工业领域以及个性化定制辅助医疗器械,实现单件或小批量产品的快速制造。依靠相关激光技术辅助成型的3D打印装置及材料已实现产值2011.395万元。
[成果] 1700470293 北京
TB3 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:准一维半导体纳米材料具有大长径比和比表面积、高载流子迁移率、优异的弹性等特点,在柔性光电探测器中有很好的应用前景。利用其特殊的几何结构和优异的物理化学性能,探索柔性光电探测器的构筑方法,揭示材料与器件的构效关系,研发灵敏、稳定、高柔性的器件及集成系统,是准一维半导体纳米材料研究的重要科学问题之一。该项目在多个国家及省部级项目多年的资助下,提出了用准一维半导体纳米材料构筑高性能柔性光电探测器的有效方法,开创了利用传感材料低维化、复合化以及储能单元与传感单元集成化来提高柔性光电探测器性能及应用范围的手段,为传感材料设计和高性能柔性自驱动集成器件的构筑奠定了基础。主要科学发现点如下: 1.构筑了基于一维宽带隙多元金属氧化物纳米结构的柔性紫外光电探测器,发现了其显著增强的光电响应性能:利用CVD技术,实现了准一维宽带隙多元金属氧化物纳米结构及超晶格纳米结构的可控合成,为材料组分结构与敏感性能之间的关系提供了理论依据和技术支持,成功的研制了一系列多元氧化物半导体基柔性紫外探测器,具有响应度高、机械柔韧性好等特点。 2.发现了一维II-V族窄带隙半导体材料/有机半导体复合材料的宽光谱响应特性:设计了通用的一维II-V族窄带隙半导体材料制备方法及柔性光电探测器制备工艺;设计并首次实现了基于一维II-V族窄带隙半导体材料/有机半导体复合材料的新型柔性光电探测器件,揭示了其物理机制。成果被Nature Photonics作为亮点报道,创造了II-V族半导体室温迁移率的最高纪录。 3.开发了有效的柔性传感与储能器件集成工艺,成功地实现了柔性储能器件与柔性准一维低维半导体基光电探测器的系统集成:在构筑高柔性储能器件的基础上,开发了柔性储能器件与柔性传感器的集成工艺,实现了柔性能量单元集成的多功能光电探测器系统,首次在一根线状基底上实现了储能与光探测的系统集成。成果被国内外媒体广泛报导,并被英文专著收录。 围绕上述内容,该项目共发表SCI论文79篇,被SCI论文他引1835次,20余次在国际学术会议上做邀请报告,受邀在Chemical Society Reviews等顶尖期刊撰写综述5篇。被World Industrial Reporter,Laboratory Equipment等多家国际知名机构及德国Wiley出版公司的MaterialsView中国网站进行多次专题报道。其中10篇代表性论文总影响因子126,被他人SCI引用368次,单篇最高引用95次。该项目完成人中1人获国家杰出青年基金,2人入选教育部新世纪优秀人才支持计划。
[成果] 1700470077 北京
TP2 应用技术 电子器件制造 公布年份:2017
成果简介:湿度作为环境监测的基础测量量,涉及国民生产十几个领域,但是湿度测量,尤其是低湿、高湿测量存在测不准问题,影响了包括气象、环保、文物等多个领域高精度湿度测量。 该成果成功研制基于激光调制吸收水气检测传感器,采用可调谐半导体激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)实现了气体中水气绝对含量的测量,达到了从低湿到高湿(几ppm至几十万ppm)绝对湿度的测量,克服了传统湿度传感器低湿测不准、高湿测量迟滞误差大的问题。 该成果采用光学测量方式,响应速度快、准确性高、非接触式测量、本质安全。该技术优化了激光器的封装工艺,保证了激光器的稳定可靠运行;针对低湿测量,进行了低湿度下本底扣除、信号滤波等算法,大大提高了测量低湿灵敏度,提供了在不同压力、温度下的补偿方法,提高了系统在不同环境下的测试精度,针对工况环境设计多种探头,最后通过分布式测量方式降低成本,提高了系统的可靠性和适用性,提升了系统的应用推广价值。 (1)采用自主耦合封装的半导体激光器,结合激光器波长控制和温控技术实现了水气的高精度、稳定测量。系统具有非接触、高精度、大量程、快速响应等优点。 (2)建立温度、压力修正的谱线模型,采用大动态湿度自适应检测算法、温度压力补偿算法、吸收谱线线型拟合算法等,实现了大动态范围水气测量,提高了该系统在不同环境的测量准确度和环境适应性。 (3)架构基于时分复用式TDLAS气体传感系统,将气室分布于需要测量气体浓度各个测量点,实现多点、远程气体分布式检测。设计该系统应用的光学耦合探测气室,优化气室器件固定工艺,提高气室测量可靠性。 (4)提出了基于饱和水气的高湿标定装置,能够提供50℃至95℃的高温湿度标定,实现了大动态范围的湿度标定环境。 该成果在气体传感领域,尤其是水气方面,具备20余项核心自主知识产权,其中授权发明专利9项。已在气象领域、文物领域、环保领域应用,并逐步开拓电力、石油化工等领域。应用在气象领域,提高中国气象预报水平,替代国外进口;应用在环保领域将提高污染物排放测量能力,填补中国高温高湿高精度测量空白;应用在石油化工等工业过程监控领域,提高工艺控制水平,优化反应控制,实现节能减排。 该成果覆盖产学研用全链条,包括核心器件、技术、应用、产业化,提升中国高端传感器研发和产业化水平。围绕该成果已实现直接经济效益1.46亿。
[成果] 1800120367 海南
P75 应用技术 土木工程建筑 公布年份:2017
成果简介:深海生物学研究的难点在于深海生物功能基因无法准确快速地进行鉴定,从深海到科考船上经历了温度和压力变化,生物样品大多出现严重形态和生理变化。为准确反映深海生物在原位的存在状态,发掘大量深海生物的功能基因,原位生物采样与探测技术的研发势在必行。深海原位采样探测装备的应用将引领深海生物的科学研究跨入一个新的阶段。该项目将研制一套深海原位探测装备,以微生物、幼虫原位富集和核酸(RNA和DNA)提取为中心,进行原位细胞代谢过程和目标基因的定量定性检测,同时监测原位环境参数和微生物细胞、幼虫密度和宏生物的种类、数目。从生物种群数量、基因表达以及细胞代谢状态3个维度实时分析某一深海区域生物的群落特征和生理状态;结合环境参数,分析生物群落的变化与功能基因的关系。(1)深海微生物、幼虫原位富集和核酸提取。(2)功能基因的研究和目标基因片段的探测。(3)深海微生物、幼虫次级代谢产物分析及环境参数的测定。(4)深海生物种类的多样性及群落结构分析
[成果] 1800120467 北京
TN3 应用技术 电子器件制造 公布年份:2017
成果简介:由清华大学牵头,联合电子科技大学、浙江大学、中国科学院半导体研究所等国内电子材料、信息器件设计与制备等研究领域的优势团队,针对可延展柔性无机光子/电子集成器件,深入开展可延展柔性化设计理论、基础材料形变机理、功能单元构筑技术、大规模转印制备与集成、性能评价体系等方面研究,突破传统无机半导体器件刚性的瓶颈,实现高性能与可变形两大优点的统一结合,并与健康医疗紧密结合,试图解决重大慢性疾病的长期随体医学信息获取、监测与传输的难题。该项目的特色是多学科的深度交叉,产生了新的学科增长点,形成了一批具有自主知识产权的柔性器件,并初步实现了从科学前沿研究到成果产业转化的全链条发展模式。主要阶段性成果:(1)提出了可延展柔性无机光子/电子器件的三维螺旋互联导线设计和核/壳应变隔离的新理论,实现应变隔离并对器件延伸率提高两个数量级。(2)基于可交换化学键的网络拓扑结构机理,发展了具有多种形状记忆功能的高分子材料,通过温度的调控实现多个形状之间的转换。(3)通过在光电薄膜材料中引入空间上连续周期性变化的应变,实现了对能带带隙的双向连续调控,并利用转印技术制备出具有可延展柔性的砷化镓纳米条带。(4)转印是可延展柔性无机集成电子器件必不可少的制备过程,通过形状记忆高分子材料进行转印印章表面的性能调控,通过在表面设计微结构来调控印章表面与单元之间的粘附,提高对脱粘控制的效率和成功率。(5)研制了超薄类皮肤血氧光电传感器。(6)利用液体转印方法成功将纳米金薄膜与具有微纳米多孔结构的衬底薄膜集成,实现器件防水透气特性,该器件可以长时间对基础体温进行监测。
[成果] 1800120162 北京
TN2 应用技术 电子器件制造 公布年份:2017
成果简介:光通信用的半导体激光器总体朝着更低成本、更低功耗、更高输出功率、更高调制速率及更宽波长调谐范围等方向发展。该项目面向国家信息技术领域对战略性高端光电子材料和器件的迫切需求,以实现低能耗、高带宽的接入网/传输网、光互连及空间通信应用的高性能低维半导体异质结构材料和激光光源为目标,最终实现基于低维半导体异质结构材料的高性能半导体激光光源。
[成果] 1800120228 北京
TN2 应用技术 电子器件制造 公布年份:2017
成果简介:激光显示能够实现大色域、双高清(几何、颜色)视频图像显示,被称为“人类视觉史上的革命”,是国际显示领域的研究热点和发展方向,而红绿蓝三基色半导体激光器(LD)是激光显示系统的核心器件。该项目面向激光显示应用,对红绿蓝三基色半导体激光器(LD)关键材料与技术基础开展研究,以“三基色LD材料突破”为重点,对LD材料生长、器件设计、器件制备进行研究,解决其关键科学和技术问题,为激光器的共性关键技术突破和工程化奠定理论和材料基础。预期经过5年努力,在InGaP基红光、GaN基蓝光和绿光激光器的关键材料等技术研究方面取得一批具有国际先进或领先水平的创新研究成果,为高性能InGaP基红光、GaN基蓝光和绿光激光器的研制提供理论指导,提升中国半导体激光器的研究水平;同时发展具有独立自主知识产权的核心技术,解决三基色LD光源的关键材料与技术基础问题,为激光显示的光源发展提供理论支撑。
[成果] 1800120643 陕西
TL8 应用技术 专用仪器仪表制造 公布年份:2017
成果简介:由西北工业大学主持的国家重大科学仪器设备开发专项项目“新型CZT半导体X射线和γ射线探测器研制”突破了大尺寸探测器级CZT晶体的设计、合成、生长,晶体加工、电极制备与封装,不同应用背景探测器结构设计和评测,单元及像素探测器专用ASIC芯片设计等10余项关键技术,开发出高单晶率、低缺陷密度的大尺寸探测器级CZT晶体材料生长与加工技术,建立并完善了单元型、线阵及像素阵列CZT探测器的制备工艺,形成了质量可靠的系列化CZT探测器产品。项目基于所研制的各种CZT探测器,开发出新型安检设备样机、医用静态能量分辨CT扫描仪样机、便携式伽马谱仪、强脉冲辐射探测仪器、用于X射线时变与偏振探测卫星的高分辨X射线能谱仪以及用于地下矿产资源检测的放射性勘探仪器。
[成果] 1800120339 北京
TN3 应用技术 专用化学产品制造 公布年份:2017
成果简介:面向未来信息领域低功耗、高速度、长寿命及抗电磁干扰的存储与处理器件的发展需求,开展新型半导体自旋耦合电子材料和原型器件研究,突破高质量半导体自旋电子材料的制备技术、自旋电子原型器件加工工艺和光、电、磁等调控技术,获得高居里温度磁性半导体材料和高自旋极化率铁磁金属材料,研制新型自旋电子耦合原型器件,为半导体自旋电子信息理论与技术的发展奠定基础,促进信息存储与处理一体化器件的发展。项目研究意义、目标与主要研究内容:磁性半导体作为构筑未来新型自旋电子器件的重要材料体系,较低的居里温度和载流子迁移率是阻碍磁性半导体走向实用器件的基本材料问题,经过几十年的探索研究一直未有实质性突破。过去的研究摸索表明,传统的材料制备技术似乎很难获得高迁移率的室温铁磁有序的磁性半导体,对电荷和自旋分离引入的磁性半导体研究尚处于起步阶段,半导体中的自旋注入效率仍然偏低。磁性半导体仍然普遍存在居里温度较低、载流子迁移率低、单一磁性元素掺杂且掺杂难以控制等问题而无法实现室温工作的自旋电子器件。为了突破传统磁性半导体低居里温度、低迁移率、电荷和自旋不可分离调控的瓶颈,该项目提出两个不同于传统方法的技术途径来探索制备新型室温磁性半导体,突破居里温度偏低、单一磁性元素掺杂的瓶颈:①利用应力和降低维度等能带剪裁方法实现半金属到半导体的可控转变,并结合磁性掺杂,获得高迁移率室温磁性半导体;②通过共掺方法分别调控载流子和局域磁矩,实现高居里温度、电荷与自旋可分别引入与调控的均相新型磁性半导体材料。并利用原子级、多温区、成分精确可控的生长技术手段,合成结构有序且自旋极化率大于85%的Heusler铁磁金属薄膜及其与半导体的异质结构,实现向半导体中>40%的自旋注入效率,突破自旋注入效率偏低的难题。利用强自旋-轨道耦合作用与界面物理效应,研究多场(磁、电场、电流、光和热)调控低维人工磁性异质结中的自旋翻转与输运过程,进一步研制优化场调控的低功耗、快速响应的新型磁存储与逻辑原型器件。项目的实施将推动中国新型半导体自旋电子材料的发展和相关理论研究与技术的发展,培养一批活跃在半导体自旋电子材料研究领域的中青年人才,掌握若干具有自主知识产权的关键核心技术,提升中国在信息存储和处理技术领域的竞争力,促进中国信息产业的发展以及由此带来的社会经济效益。项目的社会影响力:磁性半导体可利用载流子自旋而非电荷作为信息载体,进行信息的加工处理、传输及存储,是构筑未来自旋电子器件的重要材料体系,受到许多国际著名科研机构的高度重视。但是由于磁性半导体仍然普遍存在居里温度较低的问题,对其自旋的调控、操作等各种功能演示基本上是在低温环境中进行的。而且由于材料中存在大量缺陷和杂质、磁性元素掺杂难以控制等问题,导致材料的载流子迁移率很低,且电荷和自旋也无法分别引入和调控,这些都是阻碍磁性半导体走向实用器件的基本材料问题。如典型的本征磁性半导体(Ga,Mn)As的居里温度仍低于室温,对电荷和自旋分离引入的磁性半导体研究尚处于起步阶段。而探索半导体自旋电子材料中自旋的多场耦合与调控方案,如轨道重构下的铁磁近邻效应、界面效应以及电场、电流、磁场、光场等多场操控自旋的实现,理解并有效调控磁性材料中以及界面处的自旋、晶格、电荷、轨道等自由度的有效耦合,是未来自旋电子技术发展的关键科学问题,在磁存储技术中有着重要应用前景。面向信息存储与处理一体化新型自旋电子器件的发展需求,探索制备具有室温铁磁性、高迁移率、电荷与自旋分离的新型磁性半导体材料,并开展自旋的多场耦合与调控研究,实现高效的自旋注入和若干新型自旋电子器件。项目的实施将推动中国新型半导体自旋电子材料的发展和相关理论研究与技术的发展:从材料基础物理方面,该项目的实施将对具有特殊自旋结构的新材料设计以及自旋相关新物理效应的探索起到重要的推动作用;从探索发展新材料制备技术方面,该项目的实施将推动不同材料制备技术的发展进步,如掌握分子束外延、化学气相沉积以及离子注入/辐照等在平衡与非平衡态生长、掺杂精确可控、以及原子层界面设计等方面的关键核心技术;从发展新型自旋电子原型器件方面,利用新型半导体自旋电子材料,实现向半导体的高效自旋注入、磁翻转的低阈值电压和电流等,则会进一步推动磁存储技术的应用发展。另一方面,新型半导体自旋电子材料的研究与自旋的多场耦合与调控研究总是相辅相成,轨道重构下的铁磁近邻效应、界面效应以及电场、电流、磁场、光场等多场操控自旋的实现,不仅会进一步丰富多场调控磁性的相关物理研究,也为研制低功耗的新型半导体自旋电子原型器件提供了可能的物理实现方案。通过超高密度信息存储与处理的新材料、新原理、新技术及新器件的探索研究,将培养一批活跃在半导体自旋电子材料研究领域的中青年人才,有力增强中国在这一领域的综合研究实力,掌握若干具有中国自主知识产权的关键核心技术并推动相关领域的学科发展,提升中国在信息存储和处理领域的国际竞争力,促进中国信息产业的发展,对关系国家和个人信息安全的未来信息技术产生深刻影响。
[成果] 1800120382 北京
TN2 应用技术 电子器件制造 公布年份:2017
成果简介:该项目将围绕双高清/大色域激光显示整机研发及表征评估开展研发工作,突破4K DLP光学引擎、三基色激光模组、散斑抑制及超高分辨率短焦投影镜头四大关键技术,配套发展高性能光学微结构投影屏幕、低压快响应蓝相液晶分子材料、高精度颜色空间转换和HDR技术、整机系统光、机、电、热整合等技术,最终研制出具有国际领先水平的大色域/双高清激光显示整机,并建立完善的表征评估平台,建立国家/行业标准。
[成果] 1800120502 北京
TB3 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:声表面波(SAW)器件通过压电材料将电磁信号转换为表面声波信号,利用换能器进行编码和解码,实现高效滤波、传感等功能,因其通带选择性佳、带内畸变极小、抗电磁干扰、体积小、重量轻、性能优异、一致性好等成为移动通讯、广播电视、物联网、雷达、电子对抗、反恐、缉毒等不可或缺的核心器件。声表面波压电衬底材料与制备工艺。声表面波换能器材料。高世代声表面波滤波器设计与制备技术。声表面波传感器与微流体器件材料技术。高性能声表面波滤波器产业化集成与示范。
[成果] 1800120335 北京
TN3 应用技术 电子器件制造 公布年份:2017
成果简介:围绕“战略性先进电子材料”指南“超高能效半导体光源核心材料及器件技术研究”开展研究,旨在突破制约发光效率的技术瓶颈,实现超高能效核心器件,为超越照明应用提供新光源与新技术。项目研究依据半导体照明光源全技术链展开,系统突破材料、芯片、封装与光谱技术,在掌握载流子复合规律基础上建立高效器件模型,通过高质量外延材料提升内量子效率,通过芯片和封装设计提升光提取效率,通过光谱匹配实现高效白光器件。项目主要研究内容:主要针对高效节能半导体照明光源和超越照明创新应用需求,研究氮化镓基LED缺陷、载流子输运等对效率的影响规律;解决超高量子效率氮化物LED外延和大注入下效率维持技术、高效氮化物p型掺杂与载流子匹配注入技术、超高光提取效率低电压LED芯片制备技术等关键问题;突破制约半导体照明光源发光效率的核心技术瓶颈,掌握高效半导体照明核心材料、芯片、封装及新型白光器件全链条技术方案,实现280流明/瓦的超高能效核心器件,提升中国半导体照明核心材料器件的研发能力及产业化水平。主要开展以下几个方面的研究:(1)面向超高能效的低维氮化物发光器件与载流子输运机制研究。(2)超高能效LED高质量外延与内量子效率提升技术研究。(3)超高能效LED芯片光子耦合机制与提取效率提升技术研究。(4)新型低热阻超高能效LED封装技术研究。(5)超高能效白光LED光谱设计与新型高效器件研究。
[成果] 1800120428 北京
TM4 应用技术 电机制造 公布年份:2017
成果简介:课题以掌握国产6英寸高压碳化硅材料和6.5kV/400A SiC MOSFET模块核心技术,研制全碳化硅电力电子变压器,实现其在柔性变电站中的示范应用为目标,打通基础原材料-核心电力电子器件-高端电力电子装备及示范应用的全产业链条,实现关键原材料及核心元器件的国产化和自主化,构建全创新链的碳化硅研发平台和产业化基地,带动行业快速发展。将开展基于6英寸碳化硅衬底的厚膜外延技术、SiC MOSFET和IGBT器件设计仿真及制备工艺技术、高压大容量碳化硅功率器件和模块封装关键技术、碳化硅器件及模块测试检验全套技术、全SiC器件电力电子变压器研制及其在柔性变电站的示范应用五方面的研究。拟解决碳化硅材料缺陷产生与转化机理、材料缺陷与器件性能耦合机理两个科学问题及五大关键技术问题:①6英寸碳化硅单晶生长、厚膜外延及缺陷控制技术;②碳化硅器件高耐压技术及低界面态栅极氧化层制备技术;③快速开关多芯片并联动态均流技术;④高压高频模块快速开关测试技术;⑤高效紧凑型电力电子变压器主电路。
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