科研成果-集成电路科学与工程2023

科研成果

2023-09-26 09:40 审核人：

近5年，学院共承担国家级和省部级科研项目40余项、面向企业的技术研发和服务项目100余项，到账科研经费1.5亿元左右；发表论文高水平论文560余篇；授权发明专利32项；获得省部级自然科学奖1项。

1、代表性研究成果：二维材料及其复合光纤微纳光电器件研究

项目面向光通信、光互联、光计算等大容量、高速率光信息传输与处理中的全光集成系统对微纳光电器件的需求，紧紧围绕该领域所需的高性能、集成化、微型化全光器件这一主题，开展了关于二维材料及光纤复合光电器件的研究，该器件使得系统不需要施加任何电信号即可有效运转，从而绕开了“电子瓶颈”的难题，最终将信息的交换速度获得极大的提升，为实现新一代微纳光电器件的新技术、新结构、新特性提供新的思路，获得2021年天津市自然科学二等奖。

2、代表性研究成果：低功耗模拟集成电路芯片

以超低功耗高转换效率的电源管理控制、高精度数模转换和射频前端芯片设计技术为研究背景，紧密结合当前军民融合替代芯片国产化的应用需求，研发实用的低功耗大电流电压转换控制芯片、高压大功率电机驱动芯片、射频及高精度数模转换器和电流检测放大器等集成电路芯片。

3、代表性研究成果：新型半导体存储器件与类脑芯片

面向“存算一体”、大数据时代海量信息处理“算力”需求，针对新型非易失性存储材料与器件，开展基于非电荷存储技术阻变存储关键材料与器件构建的研究，重点解决功能层设计与优化、电极工程技术、界面工程技术等难题，构建低功耗快擦写存储器件新机制。结合电路设计和新型存储器件的研发，开展神经突触器件的模拟与仿真，并探索在存算一体类脑应用研究，为高集成、低功耗半导体存储器件及应用奠定基础。近五年在相关领域发表科研论文10篇，其中包括I区论文3篇，申请发明专利1项。

4、代表性研究成果：新一代半导体光电材料及器件

为满足电力电子功率器件的需求，研究以氧化镓为代表的新一代宽禁带半导体材料及器件，包括氧化镓薄膜异质外延、基于氧化镓薄膜光导开关、肖特基二极管、日盲区紫外探测器等。研究成果可应用于导弹跟踪、紫外保密通信、臭氧层空洞检测和森林火灾预警等。

智能光热材料拥有良好的热致变色性能，对温度相当敏感，在特定的临界温度下能够迅速发生相变（MIT），与此同时其光学性质、电学性质等都会发生变化。在此理论基础上，结合思路拓展和工艺创新，对VO2基智能窗的热变色性能进行优化。这为智能窗产业化提供了新的机会和策略，近五年在相关领域发表科研论文6篇。

5、代表性研究成果：基于先进电子材料的储能器件及系统

针对便携式电子系统的能源供给需求，以印刷电子技术为手段，开展基于先进电子材料的储能器件及系统的研究，采用石墨烯、介孔碳、量子点、二硫化钼、二氧化锰、聚苯胺等材料，配制不同印刷方式的电子墨水，研发能量密度高、功率密度大、稳定性强以及成本低的便携式储能器件，包括超级电容器、燃料电池等。研究成果可应用于柔性可穿戴设备、便携式充电设备等领域。研究成果发表高水平论文10篇以上，同京津冀多家企事业单位开展成果转化和落地工作。

6、代表性研究成果：基于先进材料的传感器

针对微纳传感器及电子系统，以印刷电子技术为手段，开展基于先进电子材料的传感器件及配套电子系统的研究，采用石墨烯、介孔碳、量子点、二硫化钼、二氧化锰、聚苯胺等材料，配制不同印刷方式的电子墨水，研发电化学传感器、电化学发光传感器、应力传感器、电涡流传感器等，同时开展基于上述传感器的便携式系统样机研发。研究成果可应用于食品安全、环境安全、健康监测以及芯片测试等领域。研究成果发表高水平论文10篇以上，同京津冀多家企事业单位开展成果转化和落地工作。

7、代表性研究成果：多模式脑机接口技术

基于人工智能和人机交互技术，在脑机接口与生理电信号处理具有扎实的研究基础。设计了基于语音增强范式的跨个体混合脑机接口技术，采用EEG+EMG的混合实验范式，提高了多任务非侵入式BCI系统信息传输率和分类准确率，实现了对NAO机器人、机械臂和电动轮椅等设备的在线控制。采用联合时频域特征进行了脑电信号的情绪状态特征表达，实现了情绪和疲劳状态的监测和识别。

8、代表性研究成果：电化学及电生理电极—传感器、污水降解及超级电容器

可制备不同尺寸和形状、硼、氮等各种掺杂的金刚石和CVD石墨烯膜，研发了贴片、植入、柔性、可穿戴等不同功能的电化学、脑电、微带天线传感器，有机污水降解电极及电化学储能电极。成果在Biosens. Bioelectron.、Carbon、Chem. Eng. J.等期刊发表71篇SCI论文，授权专利12项。

9、代表性研究成果：微波光子信号处理及片上光电集成

10、代表性研究成果：新型半导体存储器研究

阻变存储器是一类以外电压改变材料阻值大小，以阻值的双稳态或多稳态保持数据的新型非挥发型存储器。与传统存储器相比，阻变存储器工艺简单、操作速度快、循环次数高，是理想的下一代存储器的有力候选者。围绕阻变存储器的电极材料、界面处理到阻变功能材料的性能调节，分析电子传输机理、构建阻变模型，提出一系列有意的改性和应用方向。紧跟应用潮流，将硅基刚性存储器向柔性阻变存储器演进。

11、代表性研究成果：面向野战应用环境的消杀装备研制

综合应用强脉冲电场、脉冲强光等新型灭菌技术，全面解决高原野战环境下的伤口、药品、医疗器械和空气环境等的消毒灭菌，保障野外作战条件下的战地急救及野战医院治疗。该装备还可用于解决野外饮用水、液态食品及驻地环境的消杀。具体研发内容包括：面向液态制品（血液、食品、水等）的脉冲强电场消杀技术研究、面向医疗器械、空气及治疗环境的脉冲强光消杀技术研究和高原、野战环境条件下综合消杀装备的研制及其适用性研究。

12、代表性研究成果：表面等离激元微纳器件与传感技术

13、代表性研究成果：高重复频率脉冲光源及任意波形光脉冲的产生

提出了结合双频拍频光源与光纤的非线性效应产生超短光脉冲序列的方法，突破了电子的极限速度限制，其重复频率可调，且可高达1THz。提出了利用铌酸锂波导光栅的电光效应实现任意波形光脉冲的方法，其光栅光谱可由外加电压编码调节，实现任意波形光脉冲的动态调谐。承担多项国家自然科学基金，在Optics Express, Optics & Laser Technology及Applied Optics等国际顶级学术期刊发表论文70余篇，授权发明专利12项。

14、代表性研究成果：纤内集成的微结构光纤光电子器件

微结构光纤突破了传统光纤主要作为光信息传输器件的功能局限性，在材料和结构上具有更高的设计自由度、展现出更多的灵活可控性与功能材料的可集成性。在国家自然科学基金、天津市自然科学重点基金等项目的大力支持下，结合纳米磁流体的折射率、衍射效应、光学各向异性等磁场可调谐特性，在国际上率先开展磁场调谐机制的微结构光纤光子器件的研究。在Nanophotonics, Nanoscale, Optics Letters、ACS Applied Materials & Interfaces、Optics Express、Applied Physics Letters、Journal Lightwave Technology等光电子领域权威期刊发表论文20篇，特邀专题报道1篇，授权国家发明专利6项。