硅基光电子学研究进展与趋势

近年来硅基光电子材料和器件受到高度的重视.利用外延生长和键合技术成功研制出硅基应变赝衬底、GexSi1-x/Si量子阱、高密度锗量子点、硅基InGaAsP/Si异质结,这些进展为硅基光电子器件提供了坚实的材料基础.同CMOS工艺相结合,实现了硅量子点1.17 μm的受激发射,研制出硅基Raman激光器、1.55 μm混合型激光器、高灵敏度的Si/Ge探测器、谐振腔增强型的SiGe光电二极管、调制频率30 GHz的SOI CMOS光学调制器和16×16的SOI光开关阵列等.硅光电子学将在光通信、光计算等领域获得重要应用.本文综述了国内外硅基光电子材料和器件的进展、我们的研究结果和硅基光电子学的发展趋势.     

全球创新网络研究热点、学科分布及主要国家/地区研究潜力评估

全球创新网络是在科技创新全球化过程中围绕产业创新发展而形成的全球范围内创新主体、创新要素、创新制度之间建立起各类正式和非正式的跨国关系的总体结构。本文针对全球创新网络及相关研究主题,以Web of Science核心合集为数据来源,采用社会网络和可视化方法,刻画分析了全球创新网络研究热点、学科及空间分布网络特征;并通过构建活力指标和吸引力指标,评估了主要国家在该领域的研究潜力,包括自身研究的活跃度和在网络中的吸引力。结果表明,全球创新网络研究领域中新兴市场、创新政策等主题正在成为研究热点;该领域的研究主要受到商业与经济交叉相关学科领域学者的关注,其次是地理相关学科;欧美地区的研究工作较多,亚洲新兴经济体也做出了重要贡献。美、德、中、英四国为该领域的主要研究国家,在不同时期其研究潜力和优势领域不同,美国和德国研究实力较强并具有借鉴式合作潜力,中国和英国正在成为重要的研究节点国家并具有开创式合作潜力。     

多孔硅反射镜基有机微腔器件的微结构和光电特性研究

从微结构和光电特性方面研究了一种新型硅基微腔的有机发光器件(SBM-OLEDs): 硅基多孔硅分布Bragg反射镜(PS-DBR)/SiO₂/ITO/有机多层膜/LiF/Al(1 nm)/Ag. 微腔器件的重要组成部分PS-DBR由低成本、高效率的电化学腐蚀方法制备. 场发射扫描电子显微图清晰显示: SBM-OLEDs具有纳米级层次结构和平整的界面. PS-DBR反射谱的阻止带宽160 nm, 且反射率达99%. SBM-OLEDs的反射谱中出现了标志此结构为微腔的共振腔膜. 在绿光和红光波段, 从SBM-OLEDs中都得到了改进的电致发光(EL)谱: 绿光(红光)EL谱的半高宽可由无微腔的83 nm (70 nm)窄化为有微腔时的8 nm (12 nm), 且为单峰发射, 微腔器件EL谱的色纯性有较大提高. 与非微腔器件相比, 发绿光和发红光的微腔在谐振波长处EL的强度分别增强了6倍和4倍. 对微腔器件的电流-亮度-电压(I-B-V)特性和影响器件寿命的因素也进行了讨论.     

碳基纳电子材料与器件

现代信息技术的基石是集成电路芯片,而构成集成电路芯片的器件中约90%是源于硅基CMOS（complementary metal-oxide-semiconductor,互补金属-氧化物-半导体）技术.经过半个世纪奇迹般的发展,硅基CMOS技术即将进入14 nm技术节点,并将在2020年之前达到其性能极限,后摩尔时代的纳电子科学与技术的研究变得日趋急迫.目前包括IBM在内的很多企业认为,微电子工业走到8 nm技术节点时可能不得不面临放弃继续使用硅作为支撑材料,之后非硅基纳电子技术的发展将可能从根本上影响到未来芯片和相关产业的发展.在为数不多的几种可能的替代材料中,碳基纳米材料——特别是碳纳米管和石墨烯,被公认为是最有希望替代硅的材料.北京大学碳电子研究团队最新研究结果表明,在14 nm技术节点碳纳米管晶体管的速度和功耗均较硅基器件有10倍以上的优势,进入亚10 nm技术节点后这种优势还将继续加大.2013年9月,美国斯坦福大学研究组在《自然》杂志以封面文章的形式报道制造出了世界上首台碳纳米管计算机.2014年7月1日《MIT技术评论》报道IBM宣布由碳纳米管构成的比现有芯片快5倍的芯片将于2020年之前成型.基于碳纳米管的集成电路技术不再是遥不可及的梦想,现代信息科技与产业的支撑材料正加速从硅到碳进行转变.相较欧美发达国家在2020年之后的非硅基纳米电子学研究领域的巨额投入,我国对非硅基技术尚无布局.为抢占下一代半导体技术战略制高点,建议尽快启动国家碳电子计划,用一个协调的方式来支持包括材料生长、器件制备、模拟和系统设计方面的研究,汇聚优势资源,系统推进碳基信息技术的成型和发展,奠定中国未来的纳电子产业基础.     

“澜湄”区域国家科技创新发展现状及合作需求研究

"澜湄合作"机制形成以来,逐渐成为"一带一路"倡议下中国周边外交战略的重要组成部分,帮助区域国家内部合作理念、层次、领域不断扩展深入。在此背景下,区域国家多领域合作成为研究热点。本文旨在梳理"澜湄"区域国家科技创新发展现状及现有科技基础,包括国内研发支出、每百万居民中科学研究与试验发展人员数量、科研机构与平台、高科技出口占制成品出口的百分比;结合全球竞争力报告中所提出的经济发展阶段、综合创新能力等指标,研究分析区域发展科技创新合作需求强弱程度;围绕"澜湄合作"的五大优先方向,就区域国家间开展科技创新合作具体方向提出建议,包括水资源综合利用开发、环境保护与新能源示范推广、技术转移推动国际产能合作等;最终,为后续构建完善该区域科技创新合作理论框架体系,丰富理论内容,探索区域合作的新思路提供理论支撑。     

新型SINP硅蓝紫光电池的研究

本研究中,采用以下主要步骤:先在p-型Si的绒面上,进行磷扩散形成同质p-n结,再低温热氧化生长超薄SiO2层,然后利用射频磁控溅射沉积ITO减反射/收集电极膜,成功制备了一种新型ITO/SiO2/np晶硅SINP结构蓝紫光电池.通过X-光衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见光透射谱(UV-VIS),以及霍尔效应(Halleffect)测量方法,表征了高质量ITO薄膜的微结构、光学与电学特性.并重点对SINP结构光电池的光谱响应和I-V特性,进行了详细地计算和分析.结果表明,具有蓝紫光以及其它可见光波段的光谱响应和光电转换的增强效果,是该器件的主要特征.其较高的短路电流密度,适合于发展成为新型结构的硅基太阳能电池.     

基于文献计量的脑科学国际竞争态势分析

为了正确认识我国在脑科学领域的科研与竞争力水平,进而为我国和中国科学院部署脑科学研究计划、推动脑科学快速发展提供有价值的信息和建议,本文在重点分析脑科学领域国际研发竞争态势的基础上,选取中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、伦敦大学脑科学学院和瑞士洛桑联邦理工学院大脑与心智研究所等三所重要科研单元开展比较分析,包括科研产出和影响力,以及科研团队合作情况等多个指标。研究发现,我国在脑科学领域的研究发展十分迅速,研究质量和影响力也在稳步增长;与国际重要科研单元相比,中科院脑科学与智能技术卓越创新中心呈现出快速发展的态势,已逐渐成为我国和全球脑科学研究的重要力量之一。     

SOI光波导器件和集成光开关矩阵的研究进展

SOI(Silicon-on-insulator, 绝缘衬底上的硅)是一种折射率差大、波导传输损耗小的新型材料, SOI基光电子器件具有与微电子工艺兼容、能够实现OEIC单片集成等优点, 近年来受到越来越多的重视. 文中重点研究了SOI波导器件的新进展, 采用高效数值模拟方法研究得出了精确的SOI矩形和梯形大截面脊形波导的单模条件, 设计和制作了单模脊形光波导、多模干涉耦合器(MMI)、可变光衰减器(VOA)、马赫-曾德尔干涉型2×2热光波导光开关, 在此基础上首次研制出4×4和8×8 SOI平面集成波导光开关矩阵.     

硅基光电子发光材料与器件

用光子作为信息载体的光互连是硅集成电路的发展趋势之一,而硅基光互连的实现,必须发展与当前集成电路制造工艺兼容的高效硅基光源.本文概述了近年来国际上硅基光源的主要研究成果,重点介绍了我们研究组在硅量子点、硅晶体缺陷、硅基氮氧化物薄膜和硅基氧化物半导体薄膜发光材料与器件等方面的研究进展.     

集成电路装备产业的全球竞争格局与我国竞争态势分析

在文献综述的基础上,通过产业竞争态势研究,分析全球及我国集成电路装备产业的竞争态势,并在此基础上,分析和提出我国集成电路装备产业的发展建议。研究表明,美国、日本、韩国和荷兰仍是集成电路装备产业发展的强国,且各国政府是推动产业发展的主导力量,但全球市场却趋于向东亚转移。我国集成电路装备产业已形成较为完善的产业链结构和产业配套体系,主要集中于上海与北京等地,已初步具备参与全球竞争的基础,但国家科技计划在部分领域仍有缺失。研究提出,我国应在加快形成龙头引领、强化科技布局等方面进一步发挥基础优势,紧跟国际发展步伐,提升产业竞争力。     

DNA存储技术国际发展态势分析

随着互联网和人工智能等信息技术和数字技术的快速发展,信息量呈指数级飞快增长,传统的硅基存储设备将面临发展瓶颈,而DNA存储具有数据存储密度大、稳定性好、能效低、存储时间长、易备份等优势,可成为数据存储的有效工具。本文对DNA存储技术的发展历程及发展现状进行了概述,对在DNA存储技术领域方面有政策规划与举措的主要国家和地区进行梳理,同时围绕DNA存储技术领域采用文献计量开展国际研发态势研究,结果显示DNA存储技术相关论文发表和专利申请持续增加;国家及地区方面,美国、欧洲及我国已经引起重视并进行了相应布局,美国在DNA存储技术的论文和专利研发上占绝对优势,我国在该领域活跃程度也相对较强。此外,本文进一步分析了该技术领域的发展现状和存在的问题与挑战,并对我国相关技术发展提出了对策建议。     

碳中和背景下的国际绿色技术发展态势分析

绿色技术创新是实现绿色发展和碳中和的关键驱动力,正成为全球新一轮工业革命和科技竞争的重要新兴领域。本文调研梳理了主要国家和地区发布的促进绿色技术创新的战略规划,并基于全球绿色技术领域PCT专利的计量和文本聚类方法,分析了国际绿色技术的研发态势。结果表明,全球主要国家十分重视绿色技术战略布局,在工业、能源、交通等多个领域提出研发和应用推广规划。当前主要的发展趋势是降低关键绿色技术成本和进一步推动规模化应用。从专利分析结果看,2000年以来,全球绿色技术研发经历了快速增长、缓慢衰退和回升三个阶段;从技术领域看,能源领域是绿色技术研究最多的领域,专利数量占比达30.4%;美日德在绿色技术领域的研发处于领先地位,是绿色技术PCT专利主要技术来源国,中国绿色技术PCT专利申请数量虽然在不断增加,但仍与领先国家存在一定差距。对此,本文提出三点建议:1)抓住全球绿色复苏大趋势,完善绿色技术发展配套政策,进一步加强宏观布局和系统谋划,使之成为新的经济增长点;2)促进绿色技术在工业、交通、建筑、农业等多领域的发展和推广应用;3)加快构建可再生能源、氢能等多元清洁低碳能源体系,全面推进能源转型。     

关于我国建设基础科学研究强国的若干思考

基础研究是所有科学技术的理论和知识源头,是科技、技术、产业和社会发展的源动力。一个国家基础研究能力的强弱决定着其科技水平的高低和国际竞争力的强弱。英、德、法、美、日等科技强国都是高度重视基础研究的基础科学研究强国。我国当前多项科技指标位居世界前列,但对现代人类知识体系的基础科学贡献仍不多见,领先技术屈指可数。在我国建设世界科技强国的进程中,首要任务就是加强基础科学研究。本文在阐述基础研究的重大意义、科技强国加强基础研究的有益经验启示、我国建设基础研究强国的有利条件和时机的基础上,提出了加强我国基础科学研究的以下建议:制定长期稳定的支持基础科学研究发展的政策体系;立法确定长期稳定的基础研究经费投入机制;遵循基础研究规律,支持新型基础科学研究卓越创新机构建设;面向重大问题和需求寻求在重点领域实现引领和突破;推动基础研究机构与应用研发机构之间的研发合作;建立符合基础科学创新规律特征的考核评价机制;创造与国际一流卓越科学创新机构的良好开放合作模式。在未来三十年建设科技强国的征程中,我国必须为满足国家某些特定目标的需要,积极布局相关领域的基础科学研究工作,强调创新自信,勇于挑战最前沿的科学问题,提出更多原创性科学理论,作出更多原创性科学发现,以便有力支撑我国现代化强国建设,更多掌握新一轮全球科技竞争的主动权。     

全球人类表型组专利技术的发展与启示

"人类表型组"是近年的新兴研究,该研究是现今健康话题"精准医疗"的理论支撑。为了清晰了解"人类表型组"技术现状,本文对"人类表型组"专利进行系统梳理、深度挖掘,重点借助Innography专利挖掘与数据分析平台,从专利概览认知(包括公开申请数量、IPC分类、国家分布、全球竞争态势分析指标)和专利深度剖析(包括核心专利和技术功效)两大维度进行技术信息分析,并结合专家咨询描制该领域的技术组成。研究发现,"人类表型组"技术整体呈上升发展态势;美国是该领域主导国;强生、罗氏等国际知名企业处于行业领军地位;目前研究重点集中在分子、细胞的微观表型方面,未来研究热点为组织器官、环境的宏观表型研究,相应地,计算、智能等技术的渗透将与分子检测、细胞培养、物理化学等技术结合,协同实现精准医疗。最后,从建立统一技术体系和数据标准、构建生物伦理安全体系、发现生态环境与表型关系研究三方面阐述得到的启示。     

基于论文和专利分析的人工智能发展态势研究

为揭示当前人工智能领域的发展态势,本文统计分析了当前各主要国家/地区出台的顶层政策规划,并重点分析了人工智能领域论文和专利的年度变化、国家分布、主要机构、技术主题、方向对比和国际合作等。结果显示:当前人工智能科技成果产出正处于快速发展阶段,中美两国引领了人工智能领域科研成果;中国在该领域发文量接近美国,专利数量已超过美国;中国科研机构已具备开展国际竞争的能力,但市场主体的成果产出与先进国家尚有差距,国际化布局程度较低;如何提升机器的"认知能力"是当前人工智能研究的关注焦点。最后,基于分析,提出了对中国人工智能发展的启示。     

以色列国家创新竞争力发展的特点、成因及其启示

以色列是全球领先的创新型国家,享有"创业创新的国度"的美誉。本文详细分析了以色列国家创新竞争力发展态势及以政府、企业、高校为主体的高效运转的国家创新竞争力发展体系的构建;在此基础上,进一步剖析以色列国家创新竞争力形成的主要原因(勇于质疑的创新国民文化、先进的教育理念与制度、活跃的创新生态环境);最后,从培育勇于创新的思想文化、搭建高校创新创业平台、监管与扶持企业创新发展三方面提出启示,为当下中国创新驱动发展战略的实施提供参考与借鉴。     

基于专利分析的细胞治疗技术在抗癌领域的发展态势

以德温特创新索引专利数据库为依托,对2006~2016年间相关专利进行检索,综合运用统计分析和可视化分析,进行细胞治疗技术专利申请趋势分析、学科类别分析、专利权人构成分析、发明人合作网络分析、专利热点领域分析、德温特手工代码技术演进分析、高被引用专利分析,研究结果显示:1)该领域细胞治疗技术专利申请呈现波浪式上升状态,技术涉及学科高度集中;2)欧美等发达国家引领技术发展方向,但整个领域技术合作范围相对有限,合作程度比较低;3)该领域热点主要集中在细胞来源、细胞培养、抗原抗体制备、细胞体外诱导材料、工艺、体外抗炎抗感染及药物组合治疗等方面;4)从时间演进变化看,细胞来源与细胞培养是恒定主题,随着技术的发展,工艺的优化、治疗方案的多样化方面的专利正逐步涌现,成为新的焦点。立足我国产业发展实际,本文进一步提出了细胞治疗技术在抗癌领域的发展建议。     

超低介电常数材料和多孔SiOCH薄膜

集成电路的特征尺寸将降低到0．1μm，这时器件内部金属连线的电阻和绝缘介质层的电容所形成的阻容造成的延时、串扰、功耗已经成为限制器件性能的主要因素。目前集成电路的金属连线价质层材料为铝／二氧化硅配置，用电阻更小的铜取代铝作金属连线，用低介电常数(低K)材料取代二氧化硅作介质层成为科学意义重要、应用价值巨大的研究课题，微电子器件正经历着一场材料的重大变革中。本文着重评述了纳米尺度微电子器件对低介电常数(低k)薄膜材料的要求，介绍了多孔硅基低k薄膜的研究进展。     

非晶合金材料基础研究的演化与国际影响

非晶合金是采用现代冶金技术和合金设计理念研制出的新型高性能金属材料,具有高强度、高韧性、高弹性、易加工成型、耐腐蚀和软磁等一系列优异性能,在国防、空天等高新科技领域都有着广泛的应用前景,非晶合金是结构材料中的热点和前沿课题。本文对非晶合金领域的研究及其演化规律进行了系统梳理,从横向与纵向两个维度,对世界主要国家在非晶合金领域的基础研究能力以及我国在该领域的竞争态势进行全方位分析。通过研究分析发现,目前我国在该领域的研究正处于从数量到质量提升和发展的关键时期,总体上呈现持续上升趋势,但综合研究能力与发达国家相比还存在一定差距。本文的系统分析结果,有助于全面了解我国在该领域的基础研究竞争发展态势、问题和国际影响力,并为今后国内非晶合金基础研究发展制定相关政策和规划提供重要依据和价值参考。     

基于文献计量的全球变化山地生态学研究态势分析

全球变化山地生态学是生态学研究的热点和核心议题。各国和各相关机构对全球变化山地生态学的研究力度不断加大。本文基于SCI-E和中国期刊全文数据库(CNKI),利用文献计量分析方法,系统分析国内外全球变化山地生态学领域的研究现状,剖析主要知名研究机构的热点研究主题,详细讨论该研究领域的研究热点及前沿方向。2001~2015年,国内外全球变化山地生态学研究的论文数量不断增加,发展态势良好。发达国家是全球变化山地生态学领域的主要研究力量,美国和瑞士占据绝对领先地位。中国在全球变化山地生态学研究领域的国际地位有所提升,累计发文量居世界第5位,而且中国科学院是全球发文量第1位的研究机构。依据文献发展态势分析,未来全球山地环境变化监测网络系统建设、山地生态系统对全球变化的响应与适应、山地生物多样性变化以及山地生态系统的功能维持与生态屏障建设等是重点发展的学科方向。作为世界第一山地大国,我国的山地生态科学研究应得到重视和发展,以应对全球变化对我国生态和环境安全的影响。