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隨著支配半導(dǎo)體技術(shù)數(shù)十年的摩爾定律日益接近其發(fā)展極限，多種功能器件集成被認(rèn)為是超越摩爾定律延續(xù)集成電路發(fā)展進(jìn)程的重要途徑之一，這就需要能夠滿足多種功能器件高密度集成的制造技術(shù)。多元兼容集成制造技術(shù)就是為此而開發(fā)的，該技術(shù)通過在更大范圍內(nèi)優(yōu)選結(jié)構(gòu)/功能材料組合，開發(fā)異質(zhì)集成制造工藝，大大拓展了功能微器件創(chuàng)新設(shè)計(jì)和制造的騰挪空間。經(jīng)過多年探索，目前已形成了涵蓋金屬、聚合物、陶瓷、復(fù)合材料的MEMS異質(zhì)異構(gòu)制造技術(shù)體系，并在多種類型功能器件研發(fā)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，初步展現(xiàn)了其基礎(chǔ)性支撐作用，相關(guān)技術(shù)獲得2016年度上海市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。 微系統(tǒng)集成發(fā)展趨勢(shì) 多元兼容集成制造技術(shù)  獲獎(jiǎng)情況 上海市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)2016年團(tuán)隊(duì)獲獎(jiǎng) 國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)2008年 上海市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)2007年 超薄超快高熱流密度微通道散熱器 上海交通大學(xué)團(tuán)隊(duì)在長期研究經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地提出了不同高熱導(dǎo)率材料組合構(gòu)造的復(fù)合結(jié)構(gòu)微通道散熱器設(shè)計(jì)方案，并基于多元兼容集成制造技術(shù)完成了多種尺寸樣品研制，其中，熱源面積與常用功率芯片尺度相當(dāng)?shù)某∩崞骼鋮s能力達(dá)到800W/cm2以上，在保留傳統(tǒng)微通道散熱器良好系統(tǒng)兼容性和適用性的基礎(chǔ)上達(dá)到了相當(dāng)高的散熱能力水平，為解決高功率芯片系統(tǒng)超高熱流密度散熱問題提供了一個(gè)深具可行性的解決方案。 高溫薄膜溫度傳感器研究  發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室等極端惡劣環(huán)境下（高溫、強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)腐蝕等）的工作參數(shù)現(xiàn)場監(jiān)測對(duì)傳感器技術(shù)是嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，國內(nèi)外研究廣泛。交大團(tuán)隊(duì)基于特種材料微納集成制造技術(shù)的長期積累，在高溫絕緣薄膜材料、多層薄膜應(yīng)力調(diào)控、曲面圖形化和高溫敏感介質(zhì)等技術(shù)上取得了一定突破，成功開發(fā)了多種可與現(xiàn)場結(jié)構(gòu)共型的高溫薄膜傳感器，具有體積小、環(huán)境擾動(dòng)小、響應(yīng)快、靈敏度高、可分布式安置等優(yōu)點(diǎn)，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)掌握了溫度、應(yīng)力/應(yīng)變、熱流等多種高溫狀態(tài)參數(shù)測量技術(shù)，適用溫度在800-1300℃之間。 薄膜絕緣電阻隨溫度的變化及測試結(jié)構(gòu) 高溫薄膜溫度傳感器制造及曲面圖形化技術(shù) 薄膜溫度傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)不同部位測溫需求 無線溫度傳感器測溫系統(tǒng) 高性能轉(zhuǎn)接板 基于轉(zhuǎn)接板的多芯片封裝是2.5D高密度集成最具可行性的方案之一。但是傳統(tǒng)的硅轉(zhuǎn)接板性價(jià)比不高，阻礙了廣泛應(yīng)用。上海交大團(tuán)隊(duì)基于非硅微加工技術(shù)的長期積累，突破了硅轉(zhuǎn)接板絕緣層完整性和再分布層熱隔離的難題，成功研制了漏電流極低的低成本高性能硅轉(zhuǎn)接板。此外，還開發(fā)了復(fù)合材料非硅轉(zhuǎn)接板，TCV陶瓷轉(zhuǎn)接板，TGV玻璃轉(zhuǎn)接板等各種三維封裝基板，實(shí)驗(yàn)室能夠針對(duì)不同類型器件三維高密度封裝的具體要求，定制開發(fā)不同功能的專用轉(zhuǎn)接板，為多功能、高密度、高功率、低成本封裝提供個(gè)性化解決方案。 TSV-3D 高密度封裝概念圖  金屬-聚合物-納米復(fù)合材料非硅基轉(zhuǎn)接板實(shí)物圖片

項(xiàng)目成果/簡介:隨著支配半導(dǎo)體技術(shù)數(shù)十年的摩爾定律日益接近其發(fā)展極限，多種功能器件集成被認(rèn)為是超越摩爾定律延續(xù)集成電路發(fā)展進(jìn)程的重要途徑之一，這就需要能夠滿足多種功能器件高密度集成的制造技術(shù)。多元兼容集成制造技術(shù)就是為此而開發(fā)的，該技術(shù)通過在更大范圍內(nèi)優(yōu)選結(jié)構(gòu)/功能材料組合，開發(fā)異質(zhì)集成制造工藝，大大拓展了功能微器件創(chuàng)新設(shè)計(jì)和制造的騰挪空間。經(jīng)過多年探索，目前已形成了涵蓋金屬、聚合物、陶瓷、復(fù)合材料的MEMS異質(zhì)異構(gòu)制造技術(shù)體系，并在多種類型功能器件研發(fā)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，初步展現(xiàn)了其基礎(chǔ)性支撐作用，相關(guān)技術(shù)獲得2016年度上海市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。微系統(tǒng)集成發(fā)展趨勢(shì)多元兼容集成制造技術(shù) 獲獎(jiǎng)情況上海市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)2016年團(tuán)隊(duì)獲獎(jiǎng)國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)2008年上海市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)2007年超薄超快高熱流密度微通道散熱器上海交通大學(xué)團(tuán)隊(duì)在長期研究經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地提出了不同高熱導(dǎo)率材料組合構(gòu)造的復(fù)合結(jié)構(gòu)微通道散熱器設(shè)計(jì)方案，并基于多元兼容集成制造技術(shù)完成了多種尺寸樣品研制，其中，熱源面積與常用功率芯片尺度相當(dāng)?shù)某∩崞骼鋮s能力達(dá)到800W/cm2以上，在保留傳統(tǒng)微通道散熱器良好系統(tǒng)兼容性和適用性的基礎(chǔ)上達(dá)到了相當(dāng)高的散熱能力水平，為解決高功率芯片系統(tǒng)超高熱流密度散熱問題提供了一個(gè)深具可行性的解決方案。高溫薄膜溫度傳感器研究 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室等極端惡劣環(huán)境下（高溫、強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)腐蝕等）的工作參數(shù)現(xiàn)場監(jiān)測對(duì)傳感器技術(shù)是嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，國內(nèi)外研究廣泛。交大團(tuán)隊(duì)基于特種材料微納集成制造技術(shù)的長期積累，在高溫絕緣薄膜材料、多層薄膜應(yīng)力調(diào)控、曲面圖形化和高溫敏感介質(zhì)等技術(shù)上取得了一定突破，成功開發(fā)了多種可與現(xiàn)場結(jié)構(gòu)共型的高溫薄膜傳感器，具有體積小、環(huán)境擾動(dòng)小、響應(yīng)快、靈敏度高、可分布式安置等優(yōu)點(diǎn)，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)掌握了溫度、應(yīng)力/應(yīng)變、熱流等多種高溫狀態(tài)參數(shù)測量技術(shù)，適用溫度在800-1300℃之間。薄膜絕緣電阻隨溫度的變化及測試結(jié)構(gòu)高溫薄膜溫度傳感器制造及曲面圖形化技術(shù)薄膜溫度傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)不同部位測溫需求無線溫度傳感器測溫系統(tǒng)高性能轉(zhuǎn)接板基于轉(zhuǎn)接板的多芯片封裝是2.5D高密度集成最具可行性的方案之一。但是傳統(tǒng)的硅轉(zhuǎn)接板性價(jià)比不高，阻礙了廣泛應(yīng)用。上海交大團(tuán)隊(duì)基于非硅微加工技術(shù)的長期積累，突破了硅轉(zhuǎn)接板絕緣層完整性和再分布層熱隔離的難題，成功研制了漏電流極低的低成本高性能硅轉(zhuǎn)接板。此外，還開發(fā)了復(fù)合材料非硅轉(zhuǎn)接板，TCV陶瓷轉(zhuǎn)接板，TGV玻璃轉(zhuǎn)接板等各種三維封裝基板，實(shí)驗(yàn)室能夠針對(duì)不同類型器件三維高密度封裝的具體要求，定制開發(fā)不同功能的專用轉(zhuǎn)接板，為多功能、高密度、高功率、低成本封裝提供個(gè)性化解決方案。TSV-3D 高密度封裝概念圖 金屬-聚合物-納米復(fù)合材料非硅基轉(zhuǎn)接板實(shí)物圖片知識(shí)產(chǎn)權(quán)類型:發(fā)明專利 、 軟件著作權(quán) 、 集成電路布圖設(shè)計(jì)技術(shù)先進(jìn)程度:達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平成果獲得方式:獨(dú)立研究獲得政府支持情況:國家級(jí)

提出了基于表面等離激元和碳納米管的三維光電混合集成系統(tǒng)，該系統(tǒng)與現(xiàn)有的COMS制備工藝兼容，可以實(shí)現(xiàn)光子學(xué)和電子學(xué)的三維集成和互聯(lián)，為解決集成電路的速度瓶頸提供了一種方法。他們演示了幾種集成回路，包括在片光操控回路、波長和偏振復(fù)用回路和具有COMS信號(hào)處理電路的集成模塊。Fig. 1. Integration of plasmonic-enhanced detector with carbon nanotube (CNT) complementary metal oxide semiconductor (CMOS) signal processing circuits. a, Schematic of the 3D integrated circuits, consisting of bottom-layer passive WFSAs and metal connection lines, in-between HfO2 dielectrics and Au cross-layer connection lines, and top-layer plasmonic receiver and CNT CMOS signal processing circuits. b, Output characteristics of the plasmonic-enhanced barrier-free-bipolar diode (BFBD) and the normal BFBD under the illumination at "λ" =1200 nm. c, Electric field pattern of the La=320-nm SA. d-e, Transfer (d) and output (e) characteristics of the CMOS. f, VTC curves of the CMOS (blue line) and the 3D integrated circuits (red line). Inset is the corresponding equivalent circuit diagram of the 3D integrated circuits. g-i, Statistical figures of merit of the deep-subwavelength modules, including photocurrent (g) and photovoltage (h) of the BFBD as well as on-state current of the CMOS (i). 這種三維集成系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括：1. 使用低溫COMS兼容制備工藝，可以在單片集成回路中集成光子學(xué)模塊、電子學(xué)信號(hào)處理系統(tǒng)和存儲(chǔ)系統(tǒng)；2. 利用具有原子厚度的碳納米管材料以及金屬工藝，使得光子學(xué)集成和電子學(xué)集成在材料上兼容；3. 基于表面等離激元使得光子學(xué)器件尺度可以和電子學(xué)器件尺度相近，便于集成；4. 碳納米管的工作波段可以覆蓋整個(gè)通訊波段，這是硅材料無法做到的；5. 光電探測器工作于光伏模式，可以減小能耗。該工作是首次利用原子厚度材料實(shí)現(xiàn)三維光電混合集成，可以實(shí)現(xiàn)更小的尺寸、更快的速度和更多的功能，同時(shí)，有可能解決電子學(xué)集成回路在速度上的瓶頸。

本發(fā)明公開了一種集成電路管腳三維檢測裝置，包括圖像采集單元(2，3)、平面反射鏡(4)、光源(5)、反光板(6)和圖像檢測處理單元(1)，待檢測的芯片(8)設(shè)置在反光板(6)下方，所述光源(5)發(fā)出的光束經(jīng)反光板(6)反射后照射在待檢測的芯片(8)上，再經(jīng)平面反射鏡(4)發(fā)射后入射到圖像采集單元(2，3)，該圖像采集單元(2，3)與圖像檢測處理單元(1)連接，圖像采集單元(2，3)采集獲得待檢測的芯片(8)的圖像，傳送到圖像檢測處理單元(1)，經(jīng)處理后即可實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片管腳的三維檢測。本發(fā)

已有樣品/n前期與安徽大學(xué)電子信息工程學(xué)院聯(lián)合研制了基于激光掃描的三維腳型測量系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)了三維腳型參數(shù)的采集、 腳型重構(gòu)和紋理修飾等功能， 已經(jīng)用了江蘇省體科所的腳型調(diào)查研究， 為基于光學(xué)方法的非接觸式三維腳型測量技術(shù)開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)。 此外， 團(tuán)隊(duì)成功掌握了大面積柔性陣列壓力傳感器的一整套生產(chǎn)工藝， 并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了大面積的足底壓力感應(yīng)場地系統(tǒng)， 所提供的高精度步態(tài)分析系統(tǒng)已被國內(nèi)幾個(gè)主要的體育大學(xué)作為日常教學(xué)訓(xùn)練設(shè)

產(chǎn)品詳細(xì)介紹：三維集成式定位工作臺(tái)通過柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)無間隙的微位移傳動(dòng)，具有沿X軸的升降及Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。并可集成電阻應(yīng)變片以實(shí)現(xiàn)高精度閉環(huán)控制。主要用于光學(xué)、激光掃描、通信、光束偏轉(zhuǎn)和光束偏擺。

近幾年，硅基集成電路的速度遭遇瓶頸、停滯不前，解決的辦法之一是引入光子學(xué)器件，部分取代電子學(xué)集成電路中的信號(hào)處理和互聯(lián)器件，這就要求光子學(xué)器件具有像電子學(xué)集成那樣的小尺度和三維集成能力，同時(shí)具有和電子學(xué)集成兼容的制備工藝。這些要求使得光電混合集成面臨巨大的挑戰(zhàn)，是一個(gè)世界性的難題。 光學(xué)所張家森教授團(tuán)隊(duì)與信息科學(xué)學(xué)院彭練矛教授團(tuán)隊(duì)合作，提出了基于表面等離激元和碳納米管的三維光電混合集成系統(tǒng)，該系統(tǒng)與現(xiàn)有的COMS制備工藝兼容，可以實(shí)現(xiàn)光子學(xué)和電子學(xué)的三維集成和互聯(lián)，為解決集成電路的速度瓶頸提供了一種方法。他們演示了幾種集成回路，包括在片光操控回路、波長和偏振復(fù)用回路和具有COMS信號(hào)處理電路的集成模塊。Fig. 1. Integration of plasmonic-enhanced detector with carbon nanotube (CNT) complementary metal oxide semiconductor (CMOS) signal processing circuits. a, Schematic of the 3D integrated circuits, consisting of bottom-layer passive WFSAs and metal connection lines, in-between HfO2 dielectrics and Au cross-layer connection lines, and top-layer plasmonic receiver and CNT CMOS signal processing circuits. b, Output characteristics of the plasmonic-enhanced barrier-free-bipolar diode (BFBD) and the normal BFBD under the illumination at "λ" =1200 nm. c, Electric field pattern of the La=320-nm SA. d-e, Transfer (d) and output (e) characteristics of the CMOS. f, VTC curves of the CMOS (blue line) and the 3D integrated circuits (red line). Inset is the corresponding equivalent circuit diagram of the 3D integrated circuits. g-i, Statistical figures of merit of the deep-subwavelength modules, including photocurrent (g) and photovoltage (h) of the BFBD as well as on-state current of the CMOS (i). 這種三維集成系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括：1. 使用低溫COMS兼容制備工藝，可以在單片集成回路中集成光子學(xué)模塊、電子學(xué)信號(hào)處理系統(tǒng)和存儲(chǔ)系統(tǒng)；2. 利用具有原子厚度的碳納米管材料以及金屬工藝，使得光子學(xué)集成和電子學(xué)集成在材料上兼容；3. 基于表面等離激元使得光子學(xué)器件尺度可以和電子學(xué)器件尺度相近，便于集成；4. 碳納米管的工作波段可以覆蓋整個(gè)通訊波段，這是硅材料無法做到的；5. 光電探測器工作于光伏模式，可以減小能耗。該工作是首次利用原子厚度材料實(shí)現(xiàn)三維光電混合集成，可以實(shí)現(xiàn)更小的尺寸、更快的速度和更多的功能，同時(shí)，有可能解決電子學(xué)集成回路在速度上的瓶頸。 上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果近期發(fā)表于最新一期《自然 電子學(xué)》雜志。 相關(guān)文獻(xiàn)：Yang Liu, Jiasen Zhang, and Lian-Mao Peng, Three-dimensional integration of plasmonics and electronics. Nature Electronics 1, 644-651 (2018).Yang Liu, Jiasen Zhang, Huaping Liu, Sheng Wang, and Lian-Mao Peng, Electrically-driven monolithic subwavelength plasmonic interconnect circuits. Science Advances 3, e1701456 (2017).

集成成像三維顯示領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的集成成像系統(tǒng)是利用微透鏡陣列來記錄和再現(xiàn)物空間三維信息的一種真三維顯示系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)單目立體成像顯示，但其存在體積大、重量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)，難以實(shí)現(xiàn)一體化的單目立體三維顯示；并且現(xiàn)有集成成像三維顯示系統(tǒng)不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高透過率、大系統(tǒng)光瞳的視透型三維顯示。更進(jìn)一步的，目前的三維顯示系統(tǒng)功能單一，缺乏人性化設(shè)計(jì)，無法實(shí)時(shí)顯示人眼動(dòng)態(tài)。 本項(xiàng)目發(fā)明了一種性能優(yōu)化的有眼動(dòng)追蹤功能的波導(dǎo)式集成成像三維顯示系統(tǒng)，通過引入衍射光學(xué)元件克服技術(shù)背景中所述的體積大、重量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一體化的單目立體三維顯示；同時(shí)引入波導(dǎo)這一光學(xué)元件，實(shí)現(xiàn)離軸、高透過率、大系統(tǒng)光瞳的視透型單目立體三維顯示。更進(jìn)一步的，本發(fā)明的系統(tǒng)引入紅外眼動(dòng)追蹤技術(shù)，檢測使用者的眼睛動(dòng)作，再設(shè)置相應(yīng)動(dòng)作反饋系統(tǒng)，便可以相應(yīng)實(shí)現(xiàn)隨著人眼動(dòng)作切換不同三維顯示信息的功能。 本項(xiàng)目的應(yīng)用，將使得集成成像三維顯示系統(tǒng)的整機(jī)結(jié)構(gòu)更加輕便、緊湊，且更加符合人眼的觀看需求，使得這一技術(shù)向著一體化、市場化逐步邁進(jìn)，有望在未來的三維顯示領(lǐng)域占據(jù)一席之地。

項(xiàng)目簡介： 南開大學(xué)微電子專業(yè)以集成電路設(shè)計(jì)為主要發(fā)展目標(biāo)，現(xiàn)有一批 集成電路設(shè)計(jì)的師資力量，具有現(xiàn)成的教學(xué)體系，能夠在數(shù)模混合集 成電路、射頻集成電路、SoC 系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)等方面提供技術(shù)服務(wù)。 具有 10 余批次集成電路流片的經(jīng)驗(yàn)，具有集成電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐 的軟硬件條件，支持設(shè)立集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)基地，支持集成電路設(shè)計(jì) 的小微企業(yè)的創(chuàng)立和發(fā)展，提供技術(shù)培訓(xùn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和合作開發(fā)等。