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目前在工業(yè)上廣泛采用的CVD技術(shù)制備硅膜，工藝和設(shè)備復(fù)雜，成本高，且在安全和環(huán)保環(huán)節(jié)上投入巨大。我們在國內(nèi)首創(chuàng)出了微晶硅薄膜的PVD法沉積工藝，在溫度低于300度的條件下，在單晶硅片和普通玻璃片上制備出不同結(jié)晶度的微晶硅薄膜和納米結(jié)構(gòu)硅薄膜，可以得到具有高度<111>方向取向生長的微晶硅薄膜，并實(shí)現(xiàn)了控制工藝的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。利用磁控濺射技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)微晶硅薄膜的制備是一項(xiàng)重大突破，從根本上克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，具有綠色、高效、簡單等優(yōu)點(diǎn)。目前需要合作伙伴，把該實(shí)驗(yàn)室技術(shù)放大到工業(yè)規(guī)模。

一、立項(xiàng)背景 繼電保護(hù)是保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的第一道防線。自上世紀(jì)80年代微機(jī)保護(hù)應(yīng)用以來，歷經(jīng)多次更新?lián)Q代，我國繼電保護(hù)技術(shù)一直處于世界先進(jìn)水平，為保障電網(wǎng)安全做出了突出貢獻(xiàn)。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展、超/特高壓遠(yuǎn)距離輸電大通道的建設(shè)、區(qū)域電網(wǎng)的廣泛互聯(lián)和波動性新能源的規(guī)模化接入，我國已建成世界上規(guī)模最大、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的電網(wǎng)。電網(wǎng)的快速發(fā)展給繼電保護(hù)帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)： 1、后備保護(hù)方面，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行方式多變，造成后備保護(hù)定值更難整定，保護(hù)選擇性和靈敏性的矛盾更加突出，保護(hù)拒動誤動風(fēng)險(xiǎn)并存。國內(nèi)已發(fā)生多起類似“6.18”西安南郊站，因后備保護(hù)靈敏性不足拒動，造成變壓器燒毀的重大事故；國際上屢屢發(fā)生的因潮流轉(zhuǎn)移過負(fù)荷，后備保護(hù)誤動引發(fā)的如美加“8.14”、印度“7.30”等大停電事故，也不斷地對我國電網(wǎng)敲響警鐘。 2、主保護(hù)方面，超/特高壓電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、線路距離長，短路電流變化大，造成主保護(hù)對變壓器匝間短路、線路高阻接地等輕微故障的反應(yīng)靈敏性下降。“11.22”濟(jì)南特高壓泉城站變壓器爆炸正是由于保護(hù)對起始發(fā)生的輕微故障未能靈敏切除，引起事故擴(kuò)大，造成了重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。 這些問題已成為我國電網(wǎng)安全運(yùn)行的重大隱患！問題的癥結(jié)在于傳統(tǒng)保護(hù)僅利用設(shè)備自身的電氣量信息，在復(fù)雜電網(wǎng)環(huán)境下，保護(hù)反應(yīng)的電氣量在故障和非故障間差異變小甚至混疊，依靠定值配合無法保證保護(hù)可靠正確動作。不改變傳統(tǒng)保護(hù)工作模式，僅對保護(hù)判據(jù)進(jìn)行修正或調(diào)整定值，只能在一定程度上單方面地解決保護(hù)拒動或誤動的問題。 二、發(fā)明思路 突破保護(hù)僅利用設(shè)備自身信息的限制，綜合利用站間保護(hù)關(guān)聯(lián)邏輯量、站域故障全過程電氣量等信息，對后備保護(hù)、主保護(hù)、系統(tǒng)構(gòu)成模式進(jìn)行全面創(chuàng)新，構(gòu)建“站域集中-站間分布式”新型保護(hù)系統(tǒng)。   圖1 技術(shù)發(fā)明總體思路 三、發(fā)明方案 技術(shù)發(fā)明點(diǎn)1：基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護(hù)技術(shù) 傳統(tǒng)后備保護(hù)既存在對相鄰元件故障反應(yīng)能力不足，保護(hù)拒動的問題，又存在受過負(fù)荷和系統(tǒng)振蕩影響，保護(hù)誤動的問題。針對上述問題，該項(xiàng)目發(fā)明了保護(hù)關(guān)聯(lián)關(guān)系在線快速跟蹤和可靠性校核方法；創(chuàng)造性地將故障的空間分布特征映射為站間的保護(hù)關(guān)聯(lián)邏輯量信息，首創(chuàng)了基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護(hù)技術(shù)，攻克了保護(hù)不誤動和不拒動無法兼顧的難題。 發(fā)明點(diǎn)1.1：發(fā)明了保護(hù)關(guān)聯(lián)關(guān)系在線快速跟蹤和可靠性校核方法，為保護(hù)可靠利用站間信息奠定了基礎(chǔ)。 快速跟蹤和可靠識別電網(wǎng)拓?fù)涞淖兓_定保護(hù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，是保護(hù)利用站間信息首先要解決的關(guān)鍵問題。發(fā)明了保護(hù)關(guān)聯(lián)關(guān)系在線快速跟蹤和可靠性校核方法，關(guān)鍵技術(shù)包括：1）提出了基于虛擬阻抗矩陣的保護(hù)關(guān)聯(lián)關(guān)系分析方法，創(chuàng)造性地將開關(guān)狀態(tài)虛擬為支路阻抗并構(gòu)建節(jié)點(diǎn)虛擬阻抗矩陣，在線微調(diào)矩陣元素即可實(shí)現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)的快速跟蹤，跟蹤時(shí)間由秒級縮短至毫秒級，為后備保護(hù)快速動作提供了可靠保障；2）發(fā)明了電氣量和開關(guān)量信息雙重約束的關(guān)聯(lián)關(guān)系可靠性校核方法，首次將電氣量信息引入保護(hù)關(guān)聯(lián)關(guān)系識別，通過開關(guān)量信息和電氣量信息實(shí)時(shí)匹配校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)關(guān)聯(lián)關(guān)系的可靠在線校核。 發(fā)明點(diǎn)1.2：首創(chuàng)了基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護(hù)技術(shù)，攻克了保護(hù)不誤動和不拒動無法兼顧的難題。 電流元件、方向元件、阻抗元件等保護(hù)邏輯量信息，蘊(yùn)涵著故障方向、故障范圍等故障直接特征，并且信息交互簡單、可靠。根據(jù)不同位置保護(hù)邏輯量反應(yīng)故障的差異化特征，發(fā)明了基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護(hù)技術(shù)。關(guān)鍵技術(shù)包括：1）首次將電網(wǎng)故障的空間分布特征映射為保護(hù)邏輯量信息，按近后備和遠(yuǎn)后備靈敏性要求設(shè)定保護(hù)范圍，實(shí)現(xiàn)了邏輯量信息與故障分布特征的關(guān)聯(lián)和匹配，解決了保護(hù)強(qiáng)依賴定值的問題；2）首創(chuàng)了基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護(hù)技術(shù)（如圖2所示）。利用邏輯量對故障反應(yīng)的交叉重疊特征，根據(jù)動作一致性原則，既實(shí)現(xiàn)了故障設(shè)備的快速準(zhǔn)確識別，又從根本上攻克了系統(tǒng)振蕩及過負(fù)荷造成保護(hù)誤動的難題。 基于站間邏輯量信息的后備保護(hù)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)近后備保護(hù)全范圍速動，遠(yuǎn)后備保護(hù)延時(shí)由1.5s以上縮短至0.5s以內(nèi)；在原理上保證了對相鄰元件故障反應(yīng)的靈敏性，避免了后備保護(hù)拒動導(dǎo)致的重大事故發(fā)生；不受系統(tǒng)振蕩和過負(fù)荷影響，避免了保護(hù)誤動引發(fā)的連鎖跳閘和系統(tǒng)性事故發(fā)生。   圖2 基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護(hù)技術(shù) 技術(shù)發(fā)明點(diǎn)2：基于故障模型參數(shù)異變特征的主保護(hù)技術(shù) 現(xiàn)有電氣設(shè)備主保護(hù)僅反應(yīng)故障外在表現(xiàn)特征，在變壓器匝間短路及線路高阻接地等輕微故障情況下，外部故障與內(nèi)部故障特征差異不明顯，易造成保護(hù)拒動。為解決上述問題，該項(xiàng)目基于故障的物理本質(zhì)特征，揭示了故障導(dǎo)致電氣設(shè)備模型參數(shù)變化的機(jī)理，利用故障全過程電氣量信息，構(gòu)建了可靈敏反應(yīng)設(shè)備參數(shù)變化的故障模型，發(fā)明了基于故障模型參數(shù)異變特征的主保護(hù)技術(shù)，顯著提升了對輕微故障的反應(yīng)能力。 發(fā)明點(diǎn)2.1：首創(chuàng)了可反應(yīng)變電站電氣設(shè)備參數(shù)變化的故障模型，從物理本質(zhì)上消除了非故障因素對主保護(hù)靈敏性的影響。 突破主保護(hù)僅反應(yīng)故障外在表現(xiàn)特征的局限，利用設(shè)備故障全過程全相電氣量信息，建立了對故障高靈敏而對非故障不敏感的模型。關(guān)鍵技術(shù)包括：1）發(fā)明了基于線路壓降-阻抗聯(lián)合分布的故障網(wǎng)絡(luò)模型，建立了線路阻抗、過渡電阻及分布電容壓降之間的幅值、相位關(guān)聯(lián)關(guān)系，創(chuàng)建了僅保留線路阻抗壓降分布情況的故障網(wǎng)絡(luò)模型（如圖3所示）；2）發(fā)明了基于電壓磁鏈方程的變壓器故障模型，建立了變壓器高、中、低壓各側(cè)繞組電壓與主磁鏈、漏磁鏈的等值平衡關(guān)系，消除主磁鏈的非線性成分，建立了僅反應(yīng)漏磁鏈變化的變壓器故障模型（如圖4所示），從原理上擺脫了分布電容電流、負(fù)荷電流、勵磁涌流等非故障因素的影響。 發(fā)明點(diǎn)2.2：發(fā)明了基于故障模型參數(shù)異變特征的主保護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)對輕微故障反應(yīng)能力的大幅提升。 利用站域故障全過程電氣量信息，反應(yīng)故障前后模型參數(shù)的變化情況以及三相不一致程度，發(fā)明了基于故障模型參數(shù)異變特征的主保護(hù)技術(shù)。關(guān)鍵技術(shù)包括：1) 發(fā)明了基于阻抗壓降變化特征的線路主保護(hù)技術(shù)，構(gòu)建了線路壓降-阻抗參數(shù)關(guān)聯(lián)矩陣，通過實(shí)時(shí)追蹤矩陣中各元素的變化量以及元素間的差異，準(zhǔn)確識別故障線路及故障位置（如圖5所示）；2) 計(jì)及CT誤差、變壓器有載調(diào)壓對保護(hù)的影響，實(shí)時(shí)計(jì)算各相等效漏感參數(shù)的突變量及不一致程度，發(fā)明了基于等效漏感參數(shù)變化特征的變壓器主保護(hù)技術(shù)（如圖6所示），顯著提升了保護(hù)對變壓器輕微匝間短路識別的靈敏性。 基于故障全過程電氣量信息的主保護(hù)技術(shù)可以做到變壓器匝間短路識別死區(qū)由5%降至2%，500kV線路接地故障過渡電阻反應(yīng)能力由300Ω提升至1000Ω，故障定位誤差由5%下降至1.3%。實(shí)現(xiàn)了對電氣設(shè)備輕微故障的靈敏切除，可有效避免事故擴(kuò)大造成的重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。 技術(shù)發(fā)明點(diǎn)3：站域集中-站間分布式新型保護(hù)系統(tǒng) 構(gòu)建基于故障全過程邏輯量、電氣量信息的新型保護(hù)系統(tǒng)是對百年歷史繼電保護(hù)模式的重大變革，除滿足復(fù)雜電網(wǎng)對繼電保護(hù)的要求外，還需要考慮工程實(shí)現(xiàn)的可行性、應(yīng)用場景的適用性和運(yùn)行維護(hù)的便利性等重大工程應(yīng)用問題。該項(xiàng)目首創(chuàng)了站域集中-站間分布式的新型保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成模式，實(shí)現(xiàn)了與傳統(tǒng)保護(hù)的有機(jī)銜接，可靈活組態(tài)適用各種電網(wǎng)應(yīng)用場景；發(fā)明了基于時(shí)間序列特征和電氣量物理約束的數(shù)據(jù)校核技術(shù)、基于保護(hù)關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)自適應(yīng)替代技術(shù)，為新型保護(hù)系統(tǒng)信息交互提供了可靠保障。 發(fā)明點(diǎn)3.1：首創(chuàng)了站域集中-站間分布式的新型保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成模式，奠定了新型保護(hù)系統(tǒng)在不同電壓等級電網(wǎng)推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)。 該項(xiàng)目創(chuàng)建了“站域集中-站間分布式”的新型保護(hù)系統(tǒng)（如圖7所示），實(shí)現(xiàn)了發(fā)明點(diǎn)1和2技術(shù)的工程推廣應(yīng)用。關(guān)鍵技術(shù)包括：1）發(fā)明了以間隔為基本單元的站域集中-站間分布式保護(hù)構(gòu)成模式。間隔單元做到“即插即用”，擴(kuò)展性強(qiáng)，可靈活組態(tài)適用各種電網(wǎng)應(yīng)用場景；站域主機(jī)實(shí)現(xiàn)對站內(nèi)信息的融合與優(yōu)化利用；相鄰站域主機(jī)虛擬為變電站間隔單元，實(shí)現(xiàn)站間分布對等交互信息。該模式通信鏈路清晰簡捷，易于工程實(shí)現(xiàn)；2）發(fā)明了新型保護(hù)系統(tǒng)與傳統(tǒng)保護(hù)的集成與自適應(yīng)轉(zhuǎn)化技術(shù)。新型保護(hù)系統(tǒng)在傳統(tǒng)保護(hù)基礎(chǔ)上集成故障全過程信息進(jìn)化形成，在故障信息缺失的極端情況下仍具備傳統(tǒng)保護(hù)功能。新型保護(hù)系統(tǒng)可充分傳承傳統(tǒng)保護(hù)成熟的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了與傳統(tǒng)保護(hù)之間的有機(jī)銜接。   發(fā)明點(diǎn)3.2：發(fā)明了基于時(shí)間序列特征和電氣量物理約束的數(shù)據(jù)校核技術(shù)、基于保護(hù)關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)自適應(yīng)替代技術(shù)，保證了新型保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。 基于新型保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成模式，發(fā)明了站域、站間信息交互可靠性保障技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了異常數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)校核與缺失數(shù)據(jù)的自適應(yīng)替代。關(guān)鍵技術(shù)包括：1）發(fā)明了基于時(shí)間序列特征和電氣量物理約束的數(shù)據(jù)校核技術(shù)，在線修正異常采樣數(shù)據(jù)，解決了電氣量在采樣或傳輸中出現(xiàn)畸變而影響保護(hù)動作性能的難題；2）發(fā)明了基于保護(hù)關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)自適應(yīng)替代技術(shù)，在間隔單元CT斷線、PT斷線等信息源丟失情況下，通過數(shù)據(jù)互補(bǔ)重構(gòu)實(shí)現(xiàn)缺失數(shù)據(jù)的自適應(yīng)替代，保證了保護(hù)功能的完整性，有效提升了保護(hù)的可靠 四、創(chuàng)新性成果 該項(xiàng)目攻克了傳統(tǒng)保護(hù)不誤動、不拒動無法兼顧的難題，取得了以下關(guān)鍵技術(shù)突破： 1、基于站間邏輯量信息一致性特征的后備保護(hù)技術(shù)，保護(hù)最長動作時(shí)間縮短至500ms以內(nèi)，徹底解決了遠(yuǎn)后備保護(hù)拒動，以及受系統(tǒng)振蕩和過負(fù)荷影響誤動的問題； 2、基于故障模型參數(shù)異變特征的主保護(hù)技術(shù)，顯著提升了保護(hù)對輕微故障的反應(yīng)能力； 3、站域集中-站間分布式新型保護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)技術(shù)在不同電網(wǎng)場景下的廣泛應(yīng)用。

本技術(shù)采用自主開發(fā)的流場結(jié)構(gòu)化新型立式鼓泡塔式反應(yīng)器，通過特殊的內(nèi)構(gòu)件設(shè)計(jì)與 組合，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)氣 (醇) 液 (酸) 呈現(xiàn)鼓泡式逆向流動，反應(yīng)器內(nèi)局部與整體混合狀況均良 好，溫度分布、停留時(shí)間及壓降等操作條件可控，有效的耦合了聚酯多元醇或增塑劑生產(chǎn)過程 中酯化反應(yīng)過程和移走副產(chǎn)物小分子的精餾過程，強(qiáng)化了小分子副產(chǎn)物的分離效率，實(shí)現(xiàn)了傳 質(zhì)傳熱和反應(yīng)過程的耦合強(qiáng)化，使過程效率大幅提高。以PEA為例，生產(chǎn)周期可從傳統(tǒng)的20多 小時(shí)縮短至6個小時(shí)，酸值等即可達(dá)到指標(biāo)要求。該技術(shù)不但節(jié)能降耗，提高產(chǎn)品品質(zhì)，還可 滿足柔性化生產(chǎn)要求。其主要技術(shù)特點(diǎn)： 1. 流場結(jié)構(gòu)化新型立式鼓泡塔式反應(yīng)器中氣液呈鼓泡式逆向流動，反應(yīng)器內(nèi)局部和整體流 型可調(diào)控，無死區(qū)。 2. 新型立式鼓泡塔式反應(yīng)器采用多段組合的連接方式，拆裝方便，反應(yīng)器內(nèi)物料停留時(shí) 間、溫度分布等可調(diào)控，自動化程度高。 3. 連續(xù)化技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，酸值低，水含量低。 4. 該連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù)可大幅縮短生產(chǎn)周期，大大減少能耗等。 5. 該連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大，適合多種聚酯多元醇和增塑劑的柔性化生 產(chǎn)。

項(xiàng)目簡介： 隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展和自動化水平的提高， 數(shù)控機(jī)床的普及， 對工具和耐磨件的要求越來越高。同時(shí)隨著生活水平的提高， 鐘表等飾品的外觀要求越來越高。國內(nèi)外都大

本發(fā)明公開了一種多元物質(zhì)原子層沉積膜制備方法和裝置，所 述方法，即使基片相對于原子層沉積反應(yīng)腔直線運(yùn)動，依次通過其內(nèi) 用于完成不同原子層沉積的原子層沉積系統(tǒng)，基片通過每個原子層沉 積系統(tǒng)時(shí)：調(diào)整基片溫度為相應(yīng)原子層沉積反應(yīng)最適溫度。所述裝置， 包括原子層沉積反應(yīng)腔、基片承載臺、運(yùn)動平臺和溫度控制裝置；原 子層沉積反應(yīng)腔依次設(shè)置有多個原子層沉積系統(tǒng)；基片承載臺，設(shè)置 在原子層沉積反應(yīng)腔下方；運(yùn)動平臺，與基片承載臺連接，帶動基片 承載臺運(yùn)動；溫度控制裝置，設(shè)置在基片承載臺下方。所述方法能高 效快速的制備多元物質(zhì)原子層沉積膜，所述裝置，能方便的通過現(xiàn)有 原子層沉積系統(tǒng)組裝，兼容性強(qiáng)，功耗低，沉積效率高。 

項(xiàng)目簡介： 銻化銦薄膜型霍爾元件主要用于直流無刷電機(jī)，大量應(yīng)用于電腦 的電源風(fēng)扇，CPU 風(fēng)扇，打印機(jī)，電動自行車等所用的微型直流無刷 馬達(dá)。具有靈敏度高，使用壽命長，可靠性高，體積小，重量輕，功 耗小，頻率高，耐震動，耐灰塵、油污、水汽和鹽霧等各種污染或腐 蝕的優(yōu)點(diǎn)。 項(xiàng)目特色： 制備溫度低，能源消耗低，環(huán)境污染極小，易于大規(guī)模生產(chǎn)，制 造成本低，投資小的優(yōu)點(diǎn)。 

項(xiàng)目成果/簡介:銻化銦薄膜型霍爾元件主要用于直流無刷電機(jī)，大量應(yīng)用于電腦的電源風(fēng)扇，CPU 風(fēng)扇，打印機(jī)，電動自行車等所用的微型直流無刷馬達(dá)。具有靈敏度高，使用壽命長，可靠性高，體積小，重量輕，功耗小，頻率高，耐震動，耐灰塵、油污、水汽和鹽霧等各種污染或腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用范圍:目前只有日本旭化成和韓國三星可以生產(chǎn)薄膜型銻化銦霍爾元件芯片，國內(nèi)無芯片生產(chǎn)技術(shù)。國內(nèi)市場約 50 億人民幣，具有市場廣，競爭少的優(yōu)點(diǎn)。 南開大學(xué)開發(fā)的芯片制造技術(shù)，原材料成本便宜 30%左右，具有很強(qiáng)的市場競爭力和投資價(jià)值。效益分析:制備溫度低，能源消耗低，環(huán)境污染極小，易于大規(guī)模生產(chǎn)，制造成本低，投資小的優(yōu)點(diǎn)。

銻化銦薄膜型霍爾元件主要用于直流無刷電機(jī)，大量應(yīng)用于電腦的電源風(fēng)扇，CPU 風(fēng)扇，打印機(jī)，電動自行車等所用的微型直流無刷馬達(dá)。具有靈敏度高，使用壽命長，可靠性高，體積小，重量輕，功耗小，頻率高，耐震動，耐灰塵、油污、水汽和鹽霧等各種污染或腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。

通過簡單封裝和熱退火，制備出穩(wěn)定富含氫的IGZO 晶體管，其晶體管電學(xué)性能、穩(wěn)定性都獲得大大提高。制備方法較簡單且重復(fù)性高，即用氮化硅薄膜封裝，再通過熱擴(kuò)散將氮化硅內(nèi)氫元素?cái)U(kuò)散至InGaZnO薄膜內(nèi)。摻氫后的晶體管，其開態(tài)電流和開關(guān)比都獲得了數(shù)量級的提升（約40倍），而且閾值電壓沒有太大變化。而對應(yīng)提取出的場效應(yīng)遷移率則出現(xiàn)異常，大于300 cm2/(V·s)，遠(yuǎn)高于未經(jīng)處理的對照樣品。然后結(jié)合二次離子質(zhì)譜儀（SIMS）和X射線光電子能譜分析（XPS）表征，發(fā)現(xiàn)薄膜內(nèi)不但氫濃度提升了約一個數(shù)量級，而且氧空位缺陷態(tài)也大大減少了，而自由電子濃度則相應(yīng)顯著增加。?研究還指出，該工作模式在長溝道晶體管中效果尤為顯著，而在短溝道器件中則受到明顯局限。該工作揭示了氫在氧化物半導(dǎo)體中的穩(wěn)定存在方式和對導(dǎo)電性能的關(guān)鍵作用，為提升長溝道晶體管的電流驅(qū)動能力提供了一種新的器件工作模式，并對高遷移率薄膜晶體管的驗(yàn)證和分析提供了普適性的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)方法。

硅芯片是當(dāng)代信息技術(shù)的核心，當(dāng)前正向“深度摩爾”（More Moore）和“超越摩爾”（More than Moore）兩個方向發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用是“超越摩爾”技術(shù)路線中相當(dāng)重要的一環(huán)，需要數(shù)量巨大的集成電路芯片來分析處理來自外部傳感器件的海量信號。目前，大多數(shù)傳感信號采集器件和信號處理單元均為分離設(shè)計(jì)，將在整體上產(chǎn)生更大功耗并占據(jù)更大的空間。由此，復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系教授梅永豐課題組提出了將信號檢測和分析功能集成于同一個芯片器件中的全新概念。作為演示，研究團(tuán)隊(duì)將單晶硅薄膜柔性光電晶體管與智能薄膜材料相結(jié)合和組裝，構(gòu)造了對不同環(huán)境變量進(jìn)行檢測和分析的柔性硅芯片傳感器及其系統(tǒng)。這一思路不僅具有優(yōu)異的可擴(kuò)展性，還可與當(dāng)前集成電路先進(jìn)制造工藝相兼容。5月2日，相關(guān)研究結(jié)果以《面向智能數(shù)字灰塵的硅納米薄膜光電晶體管多功能集成傳感器研究》（“Silicon Nanomembrane Phototransistor Flipped with Multifunctional Sensors towards Smart Digital Dust”）為題發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上。研究團(tuán)隊(duì)從器件的傳感機(jī)理入手，利用柔性薄膜組裝集成芯片傳感器，實(shí)現(xiàn)了多種環(huán)境參數(shù)探測功能的集成。圖1：(A) 器件主要功能層示意圖；(B) 貼附于曲面上的柔性傳感器件陣列；(C) 智能傳感器件功能區(qū)的光學(xué)顯微照片；(D)用于濕度傳感的集成系統(tǒng)構(gòu)造圖；(E) 氫氣通入前后參比器件與檢測器件的電流變化，紅色為參比電流，藍(lán)色為檢測電流。智能材料在環(huán)境刺激中可以發(fā)生折射率、顏色、晶體結(jié)構(gòu)等方面的光學(xué)性質(zhì)變化，但一般需要光譜設(shè)備或比色卡才能進(jìn)行比對。而翻轉(zhuǎn)的硅薄膜光電晶體管由于沒有柵極金屬阻擋功能區(qū)域的光信號吸收，可以更容易獲得高靈敏的傳感特性。利用這一點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)將多種智能薄膜材料貼合在器件功能區(qū)，智能材料內(nèi)部物理性質(zhì)變化引起了微小光學(xué)性能改變，從而表現(xiàn)在輸出的光電流上，因此可以在同一個芯片上實(shí)現(xiàn)對多種不同信號的同時(shí)檢測。圖1A展示了傳感器件典型的功能層結(jié)構(gòu)，頂層的智能薄膜材料對環(huán)境刺激發(fā)生響應(yīng)，進(jìn)而改變下方硅單晶薄膜光電晶體管的輸出信號。具有2微米厚的熱氧化二氧化硅層則作為光電晶體管的封裝，對下方器件進(jìn)行保護(hù)。硅薄膜光電晶體管完全由晶圓級先進(jìn)集成電路工藝方法制備而成，結(jié)合了傳統(tǒng)硅基光電子器件的高性能和硅納米薄膜超薄厚度下的優(yōu)良柔性。圖1B是貼附于半徑僅為2毫米直徑玻璃管上的柔性器件陣列，表現(xiàn)出良好的彎曲性能。圖1C是單個器件功能區(qū)域的特寫，在藍(lán)色虛框部分集成不同智能材料即可實(shí)現(xiàn)對不同環(huán)境信號的檢測。圖1D是具有完備傳感與數(shù)據(jù)處理功能的柔性系統(tǒng)合成圖，包括傳感與參比器件、邏輯與存儲單元、信號放大器和電源。研究團(tuán)隊(duì)利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對環(huán)境中濕度的實(shí)時(shí)、快速檢測，演示的信號為依次減小的三個濕度脈沖。整個過程中直接對環(huán)境變化做出響應(yīng)的信號，即參比器件與傳感器件輸出電流隨時(shí)間的變化如圖1E中所示。當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化（如圖所示通入氫氣），傳感器件的輸出電流大幅增加，而參比電流保持平穩(wěn)，再利用差分電路處理，即可給出所檢測的環(huán)境參數(shù)的值。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了將智能材料與光電傳感結(jié)合的新穎傳感機(jī)制，并將傳感模塊與后續(xù)信號處理等模塊集成在一起，展示了其在氣體濃度、濕度、溫度等多種環(huán)境參數(shù)檢測方面的能力，已經(jīng)初步具備了未來的“智能數(shù)字灰塵”的雛形。該策略也可以應(yīng)用于其他的數(shù)字傳感系統(tǒng)，在后摩爾時(shí)代中將具有巨大的應(yīng)用潛力。論文主要由李恭謹(jǐn)博士，博士研究生馬喆和尤淳瑜合作完成，并獲得韓國延世大學(xué)Taeyoon Lee教授和中科院微系統(tǒng)所狄增峰研究員的合作支持。該工作得到國家自然科學(xué)基金委、上海市科委、復(fù)旦大學(xué)和專用集成電路與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等大力支持。