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隨著支配半導體技術數(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為是超越摩爾定律延續(xù)集成電路發(fā)展進程的重要途徑之一，這就需要能夠滿足多種功能器件高密度集成的制造技術。多元兼容集成制造技術就是為此而開發(fā)的，該技術通過在更大范圍內優(yōu)選結構/功能材料組合，開發(fā)異質集成制造工藝，大大拓展了功能微器件創(chuàng)新設計和制造的騰挪空間。經(jīng)過多年探索，目前已形成了涵蓋金屬、聚合物、陶瓷、復合材料的MEMS異質異構制造技術體系，并在多種類型功能器件研發(fā)中發(fā)揮了關鍵作用，初步展現(xiàn)了其基礎性支撐作用，相關技術獲得2016年度上海市技術發(fā)明一等獎。 微系統(tǒng)集成發(fā)展趨勢 多元兼容集成制造技術  獲獎情況 上海市技術發(fā)明一等獎2016年團隊獲獎 國家技術發(fā)明二等獎2008年 上海市技術發(fā)明一等獎2007年 超薄超快高熱流密度微通道散熱器 上海交通大學團隊在長期研究經(jīng)驗和技術積累基礎上，創(chuàng)造性地提出了不同高熱導率材料組合構造的復合結構微通道散熱器設計方案，并基于多元兼容集成制造技術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?shù)某∩崞骼鋮s能力達到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上達到了相當高的散熱能力水平，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深具可行性的解決方案。 高溫薄膜溫度傳感器研究  發(fā)動機燃燒室等極端惡劣環(huán)境下（高溫、強振動、強腐蝕等）的工作參數(shù)現(xiàn)場監(jiān)測對傳感器技術是嚴峻挑戰(zhàn)，國內外研究廣泛。交大團隊基于特種材料微納集成制造技術的長期積累，在高溫絕緣薄膜材料、多層薄膜應力調控、曲面圖形化和高溫敏感介質等技術上取得了一定突破，成功開發(fā)了多種可與現(xiàn)場結構共型的高溫薄膜傳感器，具有體積小、環(huán)境擾動小、響應快、靈敏度高、可分布式安置等優(yōu)點，該團隊已經(jīng)掌握了溫度、應力/應變、熱流等多種高溫狀態(tài)參數(shù)測量技術，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構 高溫薄膜溫度傳感器制造及曲面圖形化技術 薄膜溫度傳感器在發(fā)動機不同部位測溫需求 無線溫度傳感器測溫系統(tǒng) 高性能轉接板 基于轉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)的硅轉接板性價比不高，阻礙了廣泛應用。上海交大團隊基于非硅微加工技術的長期積累，突破了硅轉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接板。此外，還開發(fā)了復合材料非硅轉接板，TCV陶瓷轉接板，TGV玻璃轉接板等各種三維封裝基板，實驗室能夠針對不同類型器件三維高密度封裝的具體要求，定制開發(fā)不同功能的專用轉接板，為多功能、高密度、高功率、低成本封裝提供個性化解決方案。 TSV-3D 高密度封裝概念圖  金屬-聚合物-納米復合材料非硅基轉接板實物圖片

項目成果/簡介:隨著支配半導體技術數(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為是超越摩爾定律延續(xù)集成電路發(fā)展進程的重要途徑之一，這就需要能夠滿足多種功能器件高密度集成的制造技術。多元兼容集成制造技術就是為此而開發(fā)的，該技術通過在更大范圍內優(yōu)選結構/功能材料組合，開發(fā)異質集成制造工藝，大大拓展了功能微器件創(chuàng)新設計和制造的騰挪空間。經(jīng)過多年探索，目前已形成了涵蓋金屬、聚合物、陶瓷、復合材料的MEMS異質異構制造技術體系，并在多種類型功能器件研發(fā)中發(fā)揮了關鍵作用，初步展現(xiàn)了其基礎性支撐作用，相關技術獲得2016年度上海市技術發(fā)明一等獎。微系統(tǒng)集成發(fā)展趨勢多元兼容集成制造技術 獲獎情況上海市技術發(fā)明一等獎2016年團隊獲獎國家技術發(fā)明二等獎2008年上海市技術發(fā)明一等獎2007年超薄超快高熱流密度微通道散熱器上海交通大學團隊在長期研究經(jīng)驗和技術積累基礎上，創(chuàng)造性地提出了不同高熱導率材料組合構造的復合結構微通道散熱器設計方案，并基于多元兼容集成制造技術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?shù)某∩崞骼鋮s能力達到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上達到了相當高的散熱能力水平，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深具可行性的解決方案。高溫薄膜溫度傳感器研究 發(fā)動機燃燒室等極端惡劣環(huán)境下（高溫、強振動、強腐蝕等）的工作參數(shù)現(xiàn)場監(jiān)測對傳感器技術是嚴峻挑戰(zhàn)，國內外研究廣泛。交大團隊基于特種材料微納集成制造技術的長期積累，在高溫絕緣薄膜材料、多層薄膜應力調控、曲面圖形化和高溫敏感介質等技術上取得了一定突破，成功開發(fā)了多種可與現(xiàn)場結構共型的高溫薄膜傳感器，具有體積小、環(huán)境擾動小、響應快、靈敏度高、可分布式安置等優(yōu)點，該團隊已經(jīng)掌握了溫度、應力/應變、熱流等多種高溫狀態(tài)參數(shù)測量技術，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構高溫薄膜溫度傳感器制造及曲面圖形化技術薄膜溫度傳感器在發(fā)動機不同部位測溫需求無線溫度傳感器測溫系統(tǒng)高性能轉接板基于轉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)的硅轉接板性價比不高，阻礙了廣泛應用。上海交大團隊基于非硅微加工技術的長期積累，突破了硅轉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接板。此外，還開發(fā)了復合材料非硅轉接板，TCV陶瓷轉接板，TGV玻璃轉接板等各種三維封裝基板，實驗室能夠針對不同類型器件三維高密度封裝的具體要求，定制開發(fā)不同功能的專用轉接板，為多功能、高密度、高功率、低成本封裝提供個性化解決方案。TSV-3D 高密度封裝概念圖 金屬-聚合物-納米復合材料非硅基轉接板實物圖片知識產(chǎn)權類型:發(fā)明專利 、 軟件著作權 、 集成電路布圖設計技術先進程度:達到國內領先水平成果獲得方式:獨立研究獲得政府支持情況:國家級

        技術成熟度：技術突破         目前的潮流能發(fā)電機組以直驅液壓變槳及帶變速箱的液壓變槳為主，其發(fā)電機和變速箱均采取機械動密封方式進行密封防水處理，海洋環(huán)境下，機械動密封的可靠性和運行效率往往沖突，密封層級多運行阻力大，效率低，密封層級少，密封可靠性差，機組的運行可靠性大大降低。光伏、波浪、海流一體化集成發(fā)電，波浪能與海流能水輪機對轉并通過磁力耦合驅動發(fā)電機增速，具有多能互補、高效獲能、轉換效率高、結構簡單、運行可靠等特點，為規(guī)模化海洋能開發(fā)提供創(chuàng)新型設計。         意向開展成果轉化的前提條件：中試放大及產(chǎn)業(yè)化工藝開發(fā)資金支持

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，可以實現(xiàn)光子學和電子學的三維集成和互聯(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、波長和偏振復用回路和具有COMS信號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模塊、電子學信號處理系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)；2. 利用具有原子厚度的碳納米管材料以及金屬工藝，使得光子學集成和電子學集成在材料上兼容；3. 基于表面等離激元使得光子學器件尺度可以和電子學器件尺度相近，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現(xiàn)三維光電混合集成，可以實現(xiàn)更小的尺寸、更快的速度和更多的功能，同時，有可能解決電子學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)處理后即可實現(xiàn)對芯片管腳的三維檢測。本發(fā)

已有樣品/n前期與安徽大學電子信息工程學院聯(lián)合研制了基于激光掃描的三維腳型測量系統(tǒng)， 實現(xiàn)了三維腳型參數(shù)的采集、 腳型重構和紋理修飾等功能， 已經(jīng)用了江蘇省體科所的腳型調查研究， 為基于光學方法的非接觸式三維腳型測量技術開發(fā)奠定了堅實的實踐基礎。 此外， 團隊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， 并在此基礎上開發(fā)了大面積的足底壓力感應場地系統(tǒng)， 所提供的高精度步態(tài)分析系統(tǒng)已被國內幾個主要的體育大學作為日常教學訓練設

產(chǎn)品詳細介紹：三維集成式定位工作臺通過柔性鉸鏈機構對壓電陶瓷進行直接驅動以實現(xiàn)無間隙的微位移傳動，具有沿X軸的升降及Y軸的轉動。并可集成電阻應變片以實現(xiàn)高精度閉環(huán)控制。主要用于光學、激光掃描、通信、光束偏轉和光束偏擺。

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器件，部分取代電子學集成電路中的信號處理和互聯(lián)器件，這就要求光子學器件具有像電子學集成那樣的小尺度和三維集成能力，同時具有和電子學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)，是一個世界性的難題。 光學所張家森教授團隊與信息科學學院彭練矛教授團隊合作，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，可以實現(xiàn)光子學和電子學的三維集成和互聯(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、波長和偏振復用回路和具有COMS信號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模塊、電子學信號處理系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)；2. 利用具有原子厚度的碳納米管材料以及金屬工藝，使得光子學集成和電子學集成在材料上兼容；3. 基于表面等離激元使得光子學器件尺度可以和電子學器件尺度相近，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現(xiàn)三維光電混合集成，可以實現(xiàn)更小的尺寸、更快的速度和更多的功能，同時，有可能解決電子學集成回路在速度上的瓶頸。 上述實驗結果近期發(fā)表于最新一期《自然 電子學》雜志。 相關文獻：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)，可實現(xiàn)單目立體成像顯示，但其存在體積大、重量大、結構復雜等缺點，難以實現(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)不能同時實現(xiàn)高透過率、大系統(tǒng)光瞳的視透型三維顯示。更進一步的，目前的三維顯示系統(tǒng)功能單一，缺乏人性化設計，無法實時顯示人眼動態(tài)。 本項目發(fā)明了一種性能優(yōu)化的有眼動追蹤功能的波導式集成成像三維顯示系統(tǒng)，通過引入衍射光學元件克服技術背景中所述的體積大、重量大、結構復雜等缺點，實現(xiàn)一體化的單目立體三維顯示；同時引入波導這一光學元件，實現(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。更進一步的，本發(fā)明的系統(tǒng)引入紅外眼動追蹤技術，檢測使用者的眼睛動作，再設置相應動作反饋系統(tǒng)，便可以相應實現(xiàn)隨著人眼動作切換不同三維顯示信息的功能。 本項目的應用，將使得集成成像三維顯示系統(tǒng)的整機結構更加輕便、緊湊，且更加符合人眼的觀看需求，使得這一技術向著一體化、市場化逐步邁進，有望在未來的三維顯示領域占據(jù)一席之地。