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太赫茲（THz）科學(xué)技術(shù)既是重大的基礎(chǔ)科學(xué)問題，也是國家的重大需求。然而，作為一段全新的的電磁波譜，實(shí)現(xiàn)THz波傳輸與控制的相關(guān)器件極為匱乏，大大限制了THz科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。本項(xiàng)目提出了THz波物質(zhì)探測、低損傳輸、高速控制的新理論和新技術(shù)，研制出多種實(shí)用化THz功能器件。本項(xiàng)目的主要成果包括：(1) 提出了THz波吸收的理論模型，研制出吸收率達(dá)到85%以上的窄帶、多帶和寬帶太赫茲吸收材料，解決了傳統(tǒng)電磁波吸收材料無法有效工作于THz頻段的技術(shù)難題；(2)提出“人工電磁結(jié)構(gòu)”與“電子功能材料”相結(jié)合構(gòu)建可調(diào)諧太赫茲功能器件的思想，研制出開關(guān)速率達(dá)到0.1ms的太赫茲開關(guān)、調(diào)制速率達(dá)到10Mbps的太赫茲波調(diào)制器，帶內(nèi)透射達(dá)到80%的太赫茲帶通濾波器，以及高效太赫茲功率衰減器；（3）基于高阻Si的深能級摻雜技術(shù)和石墨烯二維晶體材料，研制出寬帶太赫茲波空間調(diào)制器，開關(guān)速率達(dá)到5MHz，空間調(diào)制面積達(dá)到3英寸，為提高太赫茲成像速率和分辨率奠定了基礎(chǔ)；(4)提出極化約束實(shí)現(xiàn)太赫茲波導(dǎo)低損耗傳輸?shù)男赂拍睢；凇熬酆衔锟招静▽?dǎo)”與“周期性金屬光柵結(jié)構(gòu)”的集成，研制出一種雙面光柵聚合物空芯波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了單模的傳輸,大幅度降低太赫茲傳輸損耗到0.68dB/m，達(dá)到了實(shí)用化的要求。 這一研究成果既加深了對THz波譜特性和基本物理現(xiàn)象的理解，也解決了THz傳輸、控制、波譜識別和應(yīng)用成像的多個關(guān)鍵科學(xué)問題。本項(xiàng)目成果的實(shí)施，可望實(shí)現(xiàn)載波300GHz以上高速無線通信，為太赫茲波無線通信、雷達(dá)探測、醫(yī)療診斷以及以及波譜成像等應(yīng)用系統(tǒng)提供了重要的技術(shù)支撐。在Appl. Phys. Lett., Sci. Rep., Opt. Lett., Optics Express, J. Opt. Soc. Am.等國際主流期刊上發(fā)表SCI 論文66 篇。申請國家發(fā)明專利22 項(xiàng)，已授權(quán)專利7 項(xiàng)，獲得教育部自然科學(xué)一等獎1項(xiàng)。跟國內(nèi)外綜合比較，本項(xiàng)目的研究成果總體上處于國際先進(jìn)水平，對推動太赫茲科學(xué)快速進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的科學(xué)意義。

本項(xiàng)目提出了THz波物質(zhì)探測、低損傳輸、高速控制的新理論和新技術(shù)，研制出多種實(shí)用化THz功能器件。

隨著集成電路工藝的進(jìn)步，MOS管的特征尺寸越來越小，電路的工作電壓也不斷下降，柵氧化層的厚度也越來越薄，在這種趨勢下，將可控硅ESD防護(hù)器件的觸發(fā)電壓降低到可觀的電壓值內(nèi)，使用高性能的ESD防護(hù)器件來泄放靜電電荷以保護(hù)柵極氧化層顯得十分重要。本發(fā)明涉及可用于65nm半導(dǎo)體工藝的靜電保護(hù)（ESD）器件，特別涉及低電壓觸發(fā)的SCR器件。    本發(fā)明提供一種采用新型技術(shù)減小器件的ESD觸發(fā)電壓的PMOS嵌入的低壓觸發(fā)用于ESD保護(hù)的SCR器件。本發(fā)明采用PMOS進(jìn)行觸發(fā)NMOS導(dǎo)通，NMOS的導(dǎo)通電流觸發(fā)SCR晶閘管，從而減小SCR器件的ESD觸發(fā)電壓。ESD脈沖信號施加在Anode和Cathode之間，PMOS首先被觸發(fā)導(dǎo)通，PMOS開通之后，觸發(fā)NMOS導(dǎo)通，NMOS導(dǎo)通后，其導(dǎo)通電流觸發(fā)晶閘管SCR導(dǎo)通。晶閘管電流（SCR current）導(dǎo)通大部分ESD 電流，從而實(shí)驗(yàn)了ESD保護(hù)。

本項(xiàng)目以制備超快高儲能柔性器件為導(dǎo)向，建立基于界面納米復(fù)合材料的新技術(shù)。通過水熱法和電化學(xué)方法在柔性導(dǎo)電基底上構(gòu)建納米陣列/金摻雜二氧化錳的三維納米復(fù)合電極，作為正極；通過水熱法和熱處理法在柔性導(dǎo)電基底上生長多孔氧化鐵納米復(fù)合材料，作為負(fù)極，組裝全固態(tài)薄膜器件。利用納米復(fù)合材料的多方面優(yōu)勢加速電子/離子在活性材料中的傳遞，進(jìn)而達(dá)到超快高儲能的目的。基于納米復(fù)合材料的全固態(tài)薄膜器件可展現(xiàn)出超快充電能力（10 V/s），比常規(guī)電容器的充電時間快10-100倍。這是國際上基于金屬氧化物贗電容薄膜型超級電容器研究領(lǐng)域的一個重大突破。此外，本項(xiàng)目以開發(fā)超快超柔儲能器件為導(dǎo)向，開發(fā)了一種熱力學(xué)誘導(dǎo)自發(fā)組裝和原位摻雜結(jié)合碳熱還原的方法來實(shí)現(xiàn)石墨烯納米篩粉體和薄膜的宏觀可控制備，解決了傳統(tǒng)石墨烯材料縱向物質(zhì)傳輸差的局限。通過控制碳熱溫度，可以調(diào)節(jié)石墨烯納米篩表面的孔密度，即孔徑大小可控（10~100 nm）。與傳統(tǒng)石墨烯薄膜電極相比，石墨烯納米篩表面豐富的孔結(jié)構(gòu)使得其作為電極材料時擁有更大的比表面積，而且電解質(zhì)離子可以在垂直于平面的軸向上傳遞，縮短了離子傳輸路徑。

"以α-BaTeMo2O9為代表的含碲的化合物是一類新型光電功能晶體，在偏光、聲光、拉曼等光學(xué)領(lǐng)域內(nèi)具有重要的應(yīng)用價值。此類化合物具有透光寬，雙折射大，易生長，物理化學(xué)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是偏光和聲光器件的優(yōu)選材料。 山東大學(xué)在該系列晶體生長和器件的研究方面具有獨(dú)立的知識產(chǎn)權(quán)，可以生長出大尺寸（≥50 x 50 x 100 mm3），高質(zhì)量（光學(xué)均勻性≤10-5）的單晶；并在器件的制作中突破了國際上單軸晶體的限制，偏振棱鏡消光比>30000:1，達(dá)到高質(zhì)量冰洲石器件水平；聲光調(diào)Q器件衍射效率>84%，高于同等條件下的TeO2器件。晶體生長處于世界領(lǐng)先水平，器件設(shè)計具有國際、國內(nèi)專利，總體水平處于國際領(lǐng)先。該成果獲得教育部自然科學(xué)二等獎，主要用于先進(jìn)光學(xué)及其電學(xué)領(lǐng)域，如醫(yī)療、軍事、激光加工、激光雷達(dá)、激光探測等。據(jù)統(tǒng)計，目前國內(nèi)聲光調(diào)制器件和偏光器件總產(chǎn)值約為2億元。而現(xiàn)有的材料已經(jīng)不能滿足相應(yīng)研究和產(chǎn)業(yè)的需求。作為新型光電功能晶體及其器件，在滿足現(xiàn)有要求的基礎(chǔ)上，填補(bǔ)了此類材料和器件在中紅外波段內(nèi)的國際空白。此外，獨(dú)立的知識產(chǎn)權(quán)有利于產(chǎn)品推廣，具有重要的社會和經(jīng)濟(jì)效益。 "

磷化銦基集成高速光開關(guān)芯片

傳統(tǒng)的CCD、CMOS硅基成像器件都不能響應(yīng)紫外波段的光信號，這是因?yàn)樽贤獠ǘ蔚墓獠ㄔ诙嗑Ч柚写┩干疃群苄。?lt;2nm）。但是近年來隨著紫外探測技術(shù)的日趨發(fā)展，人們越來越需要對紫外波段進(jìn)行更深的探測分析與認(rèn)識。紫外探測技術(shù)是繼激光探測技術(shù)和紅外探測技術(shù)之后發(fā)展起來的又一軍民兩用光電探測技術(shù)。幾十年來，紫外探測技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于光譜分析、軍事、空間天文、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)用生物學(xué)等諸多領(lǐng)域，對現(xiàn)代科研、國防和人民生活都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。特別是在先進(jìn)光譜儀器方面，國內(nèi)急迫需要響應(yīng)波段拓展到紫外的硅基成像器件。硅基成像器件如CCD、CMOS是應(yīng)用最廣泛的光電探測器件。當(dāng)前最先進(jìn)的光譜儀器大都采用了CCD或CMOS作為探測器件，這是因?yàn)镃CD、CMOS具有靈敏度強(qiáng)、噪聲低、成像質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。但由于紫外波段的光波在多晶硅中穿透深度很小（<2nm），CCD、CMOS等在紫外波段響應(yīng)都很弱。成像器件的這種紫外弱響應(yīng)限制了其在先進(jìn)光譜儀器及其他領(lǐng)域紫外波段探測的使用。 在技術(shù)發(fā)達(dá)國家,寬光譜響應(yīng)范圍、高分辨率、高靈敏度探測器CCD已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高檔光譜儀器中。上世紀(jì)中葉美國Varian公司開發(fā)的Varian700 ICP-AES所使用的寬光譜CCD檢測器分辨率達(dá)0.01nm,光波長在600nm和300nm時QE分別達(dá)到了84%和50%；美國熱電公司開發(fā)的CAP600 系列ICP所用探測器光譜響應(yīng)范圍更是達(dá)到165～1000nm，在200nm時的分辨率達(dá)到0.005nm.法國Johinyvon的全譜直讀ICP，其所用的CCD探測器像素分辨率達(dá)0.0035nm,紫外響應(yīng)拓展到120nm的遠(yuǎn)紫外波段。德國斯派克分析儀器公司的全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀一維色散和22個CCD檢測器設(shè)計，其光譜響應(yīng)范圍為120－800nm。德國耶拿JENA 連續(xù)光源原子吸收光譜儀contrAA采用高分辨率的中階梯光柵和紫外高靈敏度的一維CCD探測器，分辨率達(dá)0.002nm,光譜響應(yīng)范圍為189—900 nm。總而言之，發(fā)達(dá)國家在寬光譜響應(yīng)和高分辨率高靈敏度探測器件的研制領(lǐng)域已取得相當(dāng)?shù)某删汀Ｖ饕夹g(shù)指標(biāo)和創(chuàng)新點(diǎn)（1）  我們在國內(nèi)首次提出紫外增強(qiáng)的硅基成像器件，并在不改變傳統(tǒng)硅基成像探測器件的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用鍍膜的方法增強(qiáng)成像探測器件CCD、CMOS的紫外響應(yīng)，使其光譜響應(yīng)范圍拓寬到190—1100nm，實(shí)現(xiàn)對190nm以上紫外光的探測。（2）  提高成像探測器的紫外波段靈敏度，達(dá)到0.1V/lex.s。（3）  增強(qiáng)成像探測器件的紫外響應(yīng)的同時，盡量不削弱探測器件對可見波段的響應(yīng)。（4）  選用適合的無機(jī)材料，克服有機(jī)材料使用壽命短的缺陷。 紫外探測技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于光譜分析、軍事、空間天文、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)用生物學(xué)等諸多領(lǐng)域，對現(xiàn)代科研、國防和人民生活都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。特別是在先進(jìn)光譜儀器方面，國內(nèi)急迫需要響應(yīng)波段拓展到紫外的硅基成像器件，該設(shè)計與傳統(tǒng)CCD、CMOS結(jié)合，能滿足寬光譜光譜儀器所需的紫外響應(yīng)探測器的需要。能提高光譜儀器光譜響應(yīng)范圍，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和物質(zhì)分析和檢測中具有很廣的市場前景。 該設(shè)計樣品能取代傳統(tǒng)CCD、CMOS，應(yīng)用于大型寬光譜光譜儀器上，作為光譜儀的探測器件。將傳統(tǒng)光譜儀器的光譜檢測范圍拓寬到190—1100nm. 實(shí)現(xiàn)紫外探測和紫外分析。具有較強(qiáng)的市場推廣應(yīng)用價值。

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)氫元素擴(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。

已有樣品/n“新型高密度存儲材料與器件”面向大數(shù)據(jù)時代對海量數(shù)據(jù)存儲和處理的需求，研究相變、阻變、鐵電等新型存儲材料和器件的設(shè)計與制備關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)展用于高密度存儲陣列的選通器件及三維集成技術(shù)，研制兼具信息存儲、邏輯、運(yùn)算、編解碼等多功能的新型原型器件以及柔性阻變存儲器原型器件，將為我國發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型高性能存儲材料與器件奠定技術(shù)基礎(chǔ)。