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 基于硅材料和CMOS工藝制備光電子器件及其集成技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)低成本、批量化生產(chǎn)，并具有和微電子單片集成的潛力，是目前國(guó)際光電子前沿研究領(lǐng)域。該技術(shù)不僅可以用于片上光互連，也可為骨干網(wǎng)、光接入網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心提供高性能、低成本收發(fā)模塊。 在國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目《超高速低功耗光子信息處理集成芯片與技術(shù)基礎(chǔ)研究》的支持下，針對(duì)硅基材料不具備線性電光效應(yīng)、而利用自由載流子等離子色散效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電光調(diào)節(jié)效率低、功耗高等科學(xué)難題，提出了一系列解決思路和具有創(chuàng)新性的器件結(jié)構(gòu)，形成了硅基光電子集成器件設(shè)計(jì)方法和基于CMOS工藝的制備工藝流程，成功制備了一系列硅基光電子集成芯片。 該技術(shù)不僅為我國(guó)硅基光電子集成技術(shù)的發(fā)展和華為等知名電信設(shè)備企業(yè)新一代產(chǎn)品提供了有力的技術(shù)支撐，也引起了國(guó)際同行的密切關(guān)注。美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)《Optics & Photonics News》曾出版專題報(bào)道“Integrated Photonics in China”，對(duì)本項(xiàng)目的部分工作進(jìn)行了介紹。2014年底，Nature Photonics將本項(xiàng)目首次在硅基上研制成功的大容量可編程光緩存芯片作為Research Highlight加以報(bào)道。高速低功耗16*16光交換芯片版圖大容量可編程光緩存芯片（左：芯片照片，中：封裝后的結(jié)構(gòu)，右：性能測(cè)試結(jié)果）為華為公司研制的400G可調(diào)光模塊。

變色玻璃（又稱智能玻璃）是能夠按照人們的需求改變光線進(jìn)入（射出）強(qiáng)度和能量的功能化玻璃。通過(guò)對(duì)光線的調(diào)節(jié)可以使室內(nèi)亮度和溫度保持在合適的范圍，改善了生活質(zhì)量也降低了能耗。這在當(dāng)今全球能源緊缺的情況下更是意義重大。各發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)該領(lǐng)域的研發(fā)工作都非常重視。目前變色玻璃主要在美、日、韓等國(guó)生產(chǎn)，在歐、美、日有著廣泛應(yīng)用。國(guó)外變色玻璃已開(kāi)始代替建筑玻璃用于各種建筑的門(mén)、窗、天棚。而且，變色玻璃

已有樣品/n在主流硅基FinFET集成工藝基礎(chǔ)上，通過(guò)高級(jí)刻蝕技術(shù)形成體硅絕緣硅Fin和高k金屬柵取代柵工藝中選擇腐蝕SiO2相結(jié)合，最終形成全隔離硅基環(huán)柵納米線MOS器件的新方法。并在取代柵中絕緣硅Fin釋放之后，采用氧化和氫氣退火兩種工藝分別將隔離的“多邊形硅Fin”轉(zhuǎn)化成“倒水滴形”和“圓形”兩種納米線結(jié)構(gòu)。

變色玻璃（又稱智能玻璃）是能夠按照人們的需求改變光線進(jìn)入（射出）強(qiáng)度和能量的功能化玻璃。通過(guò)對(duì)光線的調(diào)節(jié)可以使室內(nèi)亮度和溫度保持在合適的范圍，改善了生活質(zhì)量也降低了能耗。這在當(dāng)今全球能源緊缺的情況下更是意義重大。各發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)該領(lǐng)域的研發(fā)工作都非常重視。 聚合物分散液晶（PDLC）變色玻璃是近十幾年發(fā)展起來(lái)的新型智能玻璃材料。其以透明度高的聚合物為基體，將小分子液晶分散在基體中。與其他變

本發(fā)明公開(kāi)了一種液晶基紅外波束偏振控制芯片，包括芯片殼體(4)以及位于該芯片殼體(4)內(nèi)的陣列化液晶偏振控制結(jié)構(gòu)(3)；芯片殼體(4)上設(shè)置有第一驅(qū)控信號(hào)輸入端口(1)，第二驅(qū)控信號(hào)輸入端口(2)，第三驅(qū)控信號(hào)輸入端口(5)，第四驅(qū)控信號(hào)輸入端口(6)。紅外光波進(jìn)入芯片的陣列化液晶偏振控制結(jié)構(gòu)后，按照液晶偏振控制結(jié)構(gòu)的陣列規(guī)模和排布情況被離散化為子波束陣。子波束與受控電場(chǎng)激勵(lì)下的液晶分子相互作用，被執(zhí)行水平、垂直、4

基于CMOS工藝，設(shè)計(jì)了大量射頻、毫米波收發(fā)機(jī)和頻率源芯片； CMOS 90nm 60GHz 接收機(jī)芯片，集成片上天線，傳輸效率優(yōu)于IBM芯片90%； CMOS 90nm 21dBm 60GHz功率放大器，性能優(yōu)于Hittite商用GaAs芯片； CMOS 60GHz 移相器芯片，為開(kāi)發(fā)毫米波相控陣芯片奠定良好基礎(chǔ)；

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:目前鋰離子電池的能量密度已經(jīng)越來(lái)越不能滿足其在電動(dòng)汽車、智能手機(jī)和大規(guī)模儲(chǔ)能方面的應(yīng)用。鋰離子電池的能量密度低主要是因?yàn)樗捎玫恼?fù)極材料的比容量較低，尤其是負(fù)極材料石墨，其理論比容量為 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商業(yè)化前景的負(fù)極材料為硅基負(fù)極材料，其理論比容量為 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。據(jù)招商證券預(yù)計(jì)，硅基負(fù)極材料在 2020 年的市場(chǎng)使用量接近于 5 萬(wàn)噸，銷售額接近于 50 億。 然而硅基材料在充放電過(guò)程中較大的體積變化率（>300%）限制了其商業(yè)化應(yīng)用，較大的體積變化導(dǎo)致極片碎裂以及電解液在材料表面持續(xù)分解，從而造成其循環(huán)性能劇烈下降。另外，硅基材料為半導(dǎo)體，其導(dǎo)電性較差，從而導(dǎo)致硅基負(fù)極材料的倍率性能較差。如何解決硅基負(fù)極材料這兩大缺點(diǎn)是普及硅基材料在鋰離子電池應(yīng)用的關(guān)鍵。 陳永勝教授課題組結(jié)合在納米技術(shù)和石墨烯材料領(lǐng)域的專長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)近 10 幾年的研究，采用低成本的原材料、易工業(yè)化的工藝技術(shù)制備了石墨烯包覆的硅基負(fù)極材料，主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)包括：1）采用獨(dú)特的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的納米技術(shù)將大粒徑的硅粉進(jìn)行納米化處理，納米化大大緩解了硅在充放電過(guò)程中體積變化的問(wèn)題，從而從根本上解決了硅基負(fù)極材料循環(huán)性能差的問(wèn)題；2）石墨烯包覆則充分發(fā)揮了石墨烯導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、機(jī)械性能優(yōu)異、電化學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，改善了材料的鋰離子擴(kuò)散性能和電子導(dǎo)電性，大大提高了功率特性； 14隔絕了硅與電解液的直接接觸，抑制副反應(yīng)造成的電解液分解和材料侵蝕，提高了首次效率，延緩了使用過(guò)程中的壽命衰減；進(jìn)一步減緩了充放電過(guò)程中硅的體積變化，維持材料結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，極大地提升了循環(huán)特性。效益分析:陳永勝教授課題組發(fā)明的石墨烯包覆硅基負(fù)極材料，從制備過(guò)程上講，具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、易工業(yè)化的特點(diǎn)；從性能上講，具有比容量高、穩(wěn)定性好、壓實(shí)密度大等優(yōu)點(diǎn)，與高比容量正極組成的鋰離子電池的能量密度是當(dāng)前商業(yè)化鋰離子電池能量密度的數(shù)倍以上。

目前鋰離子電池的能量密度已經(jīng)越來(lái)越不能滿足其在電動(dòng)汽車、智能手機(jī)和大規(guī)模儲(chǔ)能方面的應(yīng)用。鋰離子電池的能量密度低主要是因?yàn)樗捎玫恼?fù)極材料的比容量較低，尤其是負(fù)極材料石墨，其理論比容量為 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商業(yè)化前景的負(fù)極材料為硅基負(fù)極材料，其理論比容量為 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。據(jù)招商證券預(yù)計(jì)，硅基負(fù)極材料在 2020 年的市場(chǎng)使用量接近于 5 萬(wàn)噸，銷售額接近于 50 億。 然而硅基材料在充放電過(guò)程中較大的體積變化率（>300%）限制了其商業(yè)化應(yīng)用，較大的體積變化導(dǎo)致極片碎裂以及電解液在材料表面持續(xù)分解，從而造成其循環(huán)性能劇烈下降。另外，硅基材料為半導(dǎo)體，其導(dǎo)電性較差，從而導(dǎo)致硅基負(fù)極材料的倍率性能較差。如何解決硅基負(fù)極材料這兩大缺點(diǎn)是普及硅基材料在鋰離子電池應(yīng)用的關(guān)鍵。 陳永勝教授課題組結(jié)合在納米技術(shù)和石墨烯材料領(lǐng)域的專長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)近 10 幾年的研究，采用低成本的原材料、易工業(yè)化的工藝技術(shù)制備了石墨烯包覆的硅基負(fù)極材料，主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)包括：1）采用獨(dú)特的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的納米技術(shù)將大粒徑的硅粉進(jìn)行納米化處理，納米化大大緩解了硅在充放電過(guò)程中體積變化的問(wèn)題，從而從根本上解決了硅基負(fù)極材料循環(huán)性能差的問(wèn)題；2）石墨烯包覆則充分發(fā)揮了石墨烯導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、機(jī)械性能優(yōu)異、電化學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，改善了材料的鋰離子擴(kuò)散性能和電子導(dǎo)電性，大大提高了功率特性； 14隔絕了硅與電解液的直接接觸，抑制副反應(yīng)造成的電解液分解和材料侵蝕，提高了首次效率，延緩了使用過(guò)程中的壽命衰減；進(jìn)一步減緩了充放電過(guò)程中硅的體積變化，維持材料結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，極大地提升了循環(huán)特性。

本項(xiàng)目采用隧道結(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)疊層太陽(yáng)能電池的制備，擴(kuò)展電池的光譜收集范圍，提高電池的轉(zhuǎn)換效率。 一、項(xiàng)目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡(jiǎn)介 太陽(yáng)能是大自然賜予人類最清潔，最豐富的能源資源，目前商用的太陽(yáng)能電池以晶體硅電池為主，由于晶體硅消耗硅料較多，近年來(lái)人們一直致力于開(kāi)發(fā)硅薄膜電池。非晶硅薄膜電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)并有了一定的市場(chǎng)份額，但它仍存在不足之處，包括光致衰減效應(yīng)和轉(zhuǎn)換效率不高(約6％)等。本項(xiàng)目在國(guó)家863計(jì)劃課題(2006AA03Z219)支持下，開(kāi)展了以多晶硅薄膜、微晶硅薄膜和納米晶薄膜的制備和相關(guān)材料的單結(jié)與疊層硅基太陽(yáng)能電池關(guān)鍵技術(shù)研究，已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專利5項(xiàng)，發(fā)表科研論文20余篇。 三、創(chuàng)新點(diǎn)以及主要技術(shù)指標(biāo) 1.利用LPCVD方法和自擴(kuò)散技術(shù)生長(zhǎng)多晶硅p-n結(jié)，結(jié)合層轉(zhuǎn)移技術(shù)制備多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池； 2．采用金屬誘導(dǎo)晶化和快速熱處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)多晶硅薄膜的制備并在低溫下制備太陽(yáng)能電池； 3.在PECVD和HWCVD生長(zhǎng)硅薄膜時(shí)，通過(guò)生長(zhǎng)溫度，氣體流量，氫氣稀釋比，腔室氣壓等參數(shù)實(shí)現(xiàn)微晶硅或者納米晶薄膜的生長(zhǎng)； 4.采用雙層膜技術(shù)減小表面處入射光的反射并實(shí)現(xiàn)表面鈍化，提高入射光的收集率和少數(shù)載流子壽命； 5.采用高低結(jié)結(jié)構(gòu)增加光生載流子的收集效率； 6.采用隧道結(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)疊層太陽(yáng)能電池的制備，擴(kuò)展電池的光譜收集范圍，提高電池的轉(zhuǎn)換效率。 四、知識(shí)產(chǎn)權(quán)及獲獎(jiǎng) 國(guó)家863項(xiàng)目(2006AA03Z219)

圖像傳感器，是一種常用的光電探測(cè)器件，它能將光子信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)，被廣泛地應(yīng)用在高性能光譜儀、數(shù)碼相機(jī)以及其他的電子光學(xué)設(shè)備中。普通的CCD、CMOS硅基探測(cè)器能獲得高量子效率的光譜響應(yīng)范圍在400~900nm波段，在紫外波段，由于多晶硅柵的吸收系數(shù)很大，這就意味著紫外光子在極端淺（小于2nm）的表層被吸收，導(dǎo)致其在波長(zhǎng)小于400nm的紫外波段量子效率（QE）極低。紫外量子效率低的缺陷限制了前照式硅基探測(cè)器在航空業(yè)、工業(yè)以及制造業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此，研制寬波段硅基探測(cè)器件使其響應(yīng)范圍延伸到紫外和深紫外波段是國(guó)內(nèi)外紫外探測(cè)領(lǐng)域的迫切需要。