通知公告

《高速低功耗硅光子集成芯片关键技术与应用》项目申报2019年度国家科学技术奖项目公示

  

按照国家科技奖励工作办公室《关于2019年度国家科学技术奖提名工作的通知》(国科奖字〔201841号)的有关规定,现将《高速低功耗硅光子集成芯片关键技术与应用》                项目予以公示。公示日期为 201916-2019113日。

任何单位和个人若对拟提名项目有异议,可在公示期内以书面形式向澳门新葡8455手机版提出。异议应当签署真实姓名或加盖单位公章,并注明联系方式,否则不予受理。

联系电话:021-62511070-5080

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联系人:唐晓

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附件:拟提名2019年度国家科学技术奖项目公示内容

 

           澳门新葡8455手机版

                          201916


 

技术发明奖公示内容

 

项目名称:

高速低功耗硅光子集成芯片关键技术与应用

提名单位:

上海市

提名等级:

二等

项目简介:

立项背景:

硅光子学通过实现微电子与光电子的融合,以光子取代电子实现大规模光子集成,成为解决集成电路持续发展遇到的速率和功耗两大瓶颈难题的理想方案,是发展高端CPU、高性能计算机和高速光通信的下一代关键技术。硅光子学的难题是器件尺寸大和高密度集成困难,无法与晶体管尺寸相匹配。本项目针对以上难题,突破了衍射极限理论并发展了大规模光子集成的原理和方法、提出了解决光子集成中串扰难题的全硅光隔离新器件、深入研究材料发光机理并实现硅基片上光源,取得了一系列重要成果,并且打破国外在X光安检探测芯片领域的垄断,实现了产业应用。

发明点:

1、提出微纳尺度亚波长共振光子操控新机理,建立了硅基片上大规模光电集成的方法。自主开发出硅光子材料、工艺和结构相互匹配的关键技术,与标准CMOS集成,首次实现了集成320个器件的任意波形发生芯片,是当时世界上集成度最高的硅光子芯片(Nature Commun. 2015, 美国专利US 7369714),同期美国贝尔实验室只集成了72个器件(J. Opt. Commun. Netw. 2015)。提出新型亚波长共振结构体系,突破光学衍射极限,首次发现并实验证实了零曲率半径光束弯折,为未来更高密度的光子集成提供了新原理(Phy. Rev. Lett. 2011Nano Lett. 2015)。

2、针对大规模光子集成芯片需求,发展了光电和热光相互作用模型,发现了光隔离和光电转换新机理,在此基础上(1)发明了非互易性传播比高达28dB的光隔离功能,解决了长久以来困扰光学界的非互易传播难题(Science 2012);(2)开发并实现了高达0.45V.cm高效率调制器(J. Lightwave Technol. 2013)、(3)创纪录的0.06dB超低损耗分光器(IEEE Photon. J. 2012)等一系列硅光子核心器件,经查询对比上述硅光子核心器件达到世界领先水平。

3. 发明了硅基GaAs外延生长激光器和ZnO基材料的发光器件,为硅基片上光源的发展奠定了坚实基础。通过双原子台阶抑制外延生长的反相畴,解决了Si/Ge/GaAs热膨胀和晶格失配问题,首次实现硅基外延量子点激光器,最大输出功率达到100mWAppl. Phys. Lett. 2009)。研究了ZnO薄膜结构与光电特性的内在机理,为片上发光提供了关键机理支持,3篇主要论文他引达到898次。

客观评价:

1)项目组关于微波光子集成的研究工作,加拿大McGill大学L. R. Chen教授在其综述中大篇幅地作为微波光子的重要进展着重介绍,并配以图片说明。

2)关于超低损耗MMI分光器,器件损耗达到0.06dB,是迄今损耗最低的MMI器件,被英国Bristol大学M. Thompson教授在Nature Photonics论文中作为MMI器件的标杆引用。

3)关于ZnO的工作,美国加州大学圣巴巴拉分校的A. Heeger教授在其Advanced MaterialsAdv. Mater. 2011, 23:1679)论文中独段引用,作为其研究论证的重要学术支撑。

4)关于倏逝波敏感探测新原理的工作,被法国国家科学研究院(CNRSBattesti教授在其综述文章(Reports on Progress in Physics 2013, 76: 016401)独段介绍。

应用情况:

在本项目的执行阶段,开发了可量产的8寸工艺平台,每月2000片量产能力,建立了可对外服务的PDK(工艺设计套件),授权上海微技术工业研究院对外提供硅光子工艺流片服务。美国UCLA、中国华为等世界知名大学和公司在上述工艺平台,把公司的设计导入,做量产芯片。

项目组利用自主发明的创新器件结构与工艺技术,成功研制了硅基探测技术,用于光的传感与探测。针对硅光子器件与工艺申请了36项专利,其21个专利已授权,其中13项以每件32万授权企业使用,光学传感产品系列(SF-XD-16HSF-XD-16L)的订单累积已超过1亿元,今年大面积推广,销售额预计超过1亿。这款产品已经在中国替代国外公司的产品,中国市场占有率过半,自主产品显现出了很好的社会和经济效益。

主要知识产权和标准规范目录:

 

专利名称

专利号

授权时间

发明人名单

分类

一种大角度准自准直光子晶体及其准直度定量方法

201510028170.50

2017/12/29

李伟 李明 甘甫烷 武爱民 王曦 邹世昌

方法设计

具有偏振不敏感特性的90°相移光混合器及其设计方法

201510173591.70

2018/4/17

陈鑫 盛振 汪敬 甘甫烷 武爱民 仇超 王曦

器件设计

亚波长Y分支波导及制备方法

201210446936.80

2016/6/15

武爱民 甘甫烷 李浩 盛振 王曦

器件制备

一种扫描近场光学检测台

201310574080.70

2015/12/9

黄海阳 武爱民 甘甫烷 盛振 李伟

其他

基于异质集成和垂直光耦合的硅基InGaAs PIN光电探测器

201110120147.00

2015/1/21

盛振 仇超 甘甫烷 武爱民 杜骏杰 陈静 王曦 邹世昌

集成、探测器

光学微纳谐振腔结构及其制作方法

201510137590.70

2017/12/29

李伟 甘甫烷 李明 贾棋 武爱民 盛振 王曦

器件设计、制备

一种光栅耦合器及其制作方法

201210193178.30

2013/7/17

盛振 仇超 甘甫烷 武爱民 王曦 邹世昌

器件设计、制备

定向耦合器

201110128183.10

2015/8/19

王曦 杨志峰 武爱民 甘甫烷 林旭林 李浩

器件设计、制备

硅基光调制器

201410621547.30

2018/7/6

汪敬 甘甫烷 盛振 武爱民 仇超 王曦 邹世昌

器件设计、制备

一种基于BCB键合工艺的混合集成激光器及其制作方法

201210418410.90

2015/3/18

盛振 王智琪 甘甫烷 武爱民 王曦 邹世昌

集成;
器件设计、制备

具有光栅的单纤三向复用器

201210419042.X

2015/5/13

盛振 凌伟 甘甫烷 武爱民 王曦 邹世昌

器件设计、制备

锗悬浮膜式二维光子晶体微腔及制备方法

201110004002.40

2013/4/24

武爱民 魏星 薛忠营 杨志峰 甘甫烷 张苗 王曦

器件设计、制备

利用电磁倏逝波辐照度的脉冲响应时间测量介质损耗的方

201110139404.50

2014/7/30

李伟 蒋寻涯

方法设计

利用电磁倏逝波的相位变化测量介质损耗的方法

201110139419.10

2014/9/10

蒋寻涯 李伟

方法设计

超高分辨率光子晶体超棱镜及其设计方法

201410129855.40

2018/5/25

蒋寻涯 李伟 张小刚 林旭林

器件设计、制备

支持高频率敏感度自准直现象的光子晶体及设计方法和应用

201310625054.20

2018/11/9

蒋寻涯 林旭林 张小刚 李伟 陈亮

器件设计、制备

基于各向异性磁回旋媒质的可调控单向波导控制方法

201210009079.50

2013/11/6

蒋寻涯 张小刚 李伟

方法设计

电磁波束控制的方法、波束偏转器、分束器及其转换开关

201210009080.80

2013/11/6

李伟 张小刚 蒋寻涯

器件设计、制备

一种在绝缘层中嵌入纳米晶的半导体材料制备方法

201010211448.X

2012/8/8

魏星 王湘 李显元 张苗 王曦 林成鲁

材料制备

锗悬浮膜式二维光子晶体微腔及制备方法

201110004002.40

2013/4/24

武爱民 魏星 薛忠营 杨志峰 甘甫烷 张苗 王曦

材料制备

在绝缘层中嵌入纳米晶的半导体材料制备方法

201010211441.80

2015/10/14

魏星 张正选 邹世昌 陈明 毕大炜 武爱民 王湘 张苗 王曦 林成鲁

材料制备

利用绝缘体上硅制备悬空应变硅薄膜的方法

201010223135.60

2012/9/26

张苗 张波 王曦 薛忠营 魏星 武爱民

材料制备

一种制备悬空应变材料的方法

201010223192.40

2012/12/26

张苗 张波 王曦 薛忠营 魏星 武爱民

材料制备

一种绝缘体上超薄应变材料的制备方法

201010223124.80

2012/9/26

张苗 张波 王曦 薛忠营 魏星 武爱民

材料制备

一种绝缘体上应变硅制备方法

201010223281.90

2011/12/14

张苗 张波 王曦 薛忠营 魏星 武爱民

材料制备

一种三维光子晶体制备方法

200910200125.80

2011/12/21

王曦 杨志峰 武爱民 魏星

器件制备

一种SOI基三维楔形耦合器集成衬底结构的制备方法

200910054731.30

2011/4/20

杨志峰 方娜 武爱民 王曦

材料制备

一种具有周期结构的半导体及其制备方法

201210174632.00

2015/2/11

姜海涛 魏星 张苗 狄增峰 武爱民 母志强

材料制备

主要完成人情况:

1、甘甫烷  2、武爱民  3、李伟  4、祁明浩  5、狄增峰

6、王曦

完成人合作关系说明:

 

完成人

甘甫烷

研究员

武爱民

研究员

李伟

副研究员

祁明浩

研究员

狄增峰

研究员

王曦

院士

贡献

发明点

一、二、三

发明点

一、二

发明点

一、二

发明点

发明点

发明点

一、二、三

任务

分工

项目的总体方案

理论在实验上的实现

微纳结构的理论与设计

硅光子器件和系统研究

光电材料的研究

光电材料的研究

 

 

 

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