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太陽能作為一種潔凈和相對易于獲取的能源在未來的動力產品中將占有越來越大的比份。如何發展高光電能量轉換效率、高可靠性和低成本的太陽能電池是目前太陽能利用領域所面臨的關鍵問題。相對于第一代和第二代太陽能電池(轉換效率<<50％)，各國科學家紛紛研究不同的應用于第三代太陽能電池的新材料和新結構，目標是使光電轉換效率大于5 0％。近年來，一種具有微、納米量級特殊結構的光伏材料成為太陽能電池的研究熱點。利用飛秒脈沖激光在極短的持續時間內激發出極大的峰值能量，其在硅片的相互作用過程中具有很強的非線性效應，聚焦燒蝕硅表面很小的一塊面積，形成規則排列的微納米結構。這種微納米結構由于表面積增大，對入射光波有很大的吸收，且對光的敏感性提高了數百倍，這些性質對我們提高光電轉換效率具有很大的指導意義。這種材料與本底未處理材料的性質相比，材料帶隙減小，對光的敏感性提高了數百倍，這使得其對波長為250—2500 nm的入射光波有大于90％的吸收；另外，黑硅比傳統材質的硅的比重低。這些奇特的光電和物理性質能進一步提高太陽能電池的光電轉換效率。根據光吸收效率，激子光量子效率，化學電勢效率以及填充因子計算總的光電轉換效率，普通硅基太陽能電池光電轉換效率只有1 5％，而基于微納結構光伏材料的太陽能電池轉換效率可望達到50%-60%。 針對國民經濟可持續發展在太陽能光伏技術方面的重大需求，發展利用超短脈沖激光制備具有優異光電轉化效率的微納結構光伏材料的新方法，以及通過探測光伏材料中非平衡載流子的能帶結構及微分負電導等特性，探知光伏材料的光電轉換效率，從而篩選出轉換效率較高的微納結構光伏材料，最終在發展新型、高效太陽能電池的新原理和新技術方面取得創新性突破，為我國研發具有自主知識產權的高效第三代光伏電池打下堅實基礎。

研究團隊利用能谷-贗自旋耦合原理，在絕緣層硅（SOI，silicon-on-insulator）上制備出能谷光子晶體平板。該拓撲光學結構具有~40nm的特征尺寸，其光子模式（因工作于光錐以下）能夠較好地局域在平板內，抑制了平板外損耗。他們制備了直線形、Z形和Ω形等三種拓撲光學通道，測量出高透平頂透射光譜帶，證實了近紅外波段下拓撲保護的寬帶抗散射傳輸。采用硅微盤技術產生相位渦旋源，無需低溫和強磁等極端環境，實現了拓撲界面態的選擇性激發，實現了亞微米量級耦合長度的寬帶光子路由行為，驗證了能谷-贗自旋耦合等拓撲光學原理。?在硅基平臺上證實拓撲光子學原理，是目前國際學術前沿的聚焦度較高的領域之一。研究團隊過去在拓撲光子學原理方面的工作，多次引起國際同行關注，論文入選ESI高被引。該工作中，他們深入系統地發展出硅基拓撲光學等關鍵理論，攻克了數十納米加工工藝等關鍵技術，率先在硅基光子平臺與拓撲光子學之間建立了聯系，突破了單一自由度調控的傳統框架，提出了硅基中多自由度耦合的多維調控新機制，為微納光學與光子學、光二極管等關鍵光子芯片器件、混合集成光子學、高保真光量子信息光學、非線性光學等領域，提供了新方法和新思路。

寬禁帶半導體硅基GaN器件以其高效率，高開關速度高工作溫度抗輻時等特點,成為當前國際功率半導體器件與技術學科的研究前沿及熱點，也是業界普遍認可的性能卓越的下代功率半導體器件。而S基GaN因其S基特性.能夠突破新材料在發展初期的成本牦頸且易與S集成電路產業鏈匹配，因此兼具高性能與低成本的優點在消費電子(如手機快沖與天線充電).數據中心與人工智能，無人駕駛與新能源汽車、5G通信等團家戰略新興領城具有巨大的應用前景。電子科技大學功率集成技術實驗室自2008年起即開展硅基GaN功率器件與集成技術研究,圍繞硅基GaN兩大核心器件:增強型功率晶體管、功率整流器進行基礎研究與應用技術開發。解決了增強型功率晶體管閾值電壓大范圍調控功率二圾管導通電壓調控與耐壓可靠性加查等關鍵技術瓶頸,研究成果為硅基GaN的產業化奠定了重要基礎。

隨著微電子行業等微型化科技的快速發展，薄膜材料得到廣泛應用。薄膜電池作為微型電源器件具有廣闊發展空間。薄膜材料對于硅基負極而言，其短程儲鋰深度和單向膨脹的優勢能夠有效克服硅基材料的本征導電率低和體積膨脹大的問題。開發無需粘結劑的硅基負極薄膜材料對于薄膜負極發展意義深遠。項目通過物理沉積方法，實現電極結構設計與導電型材料復合，改善硅基材料低導電率問題，優化硅基材料體積膨脹緩沖空間，從而完成無粘結劑硅基材料制備和倍率、循環等性能的提高。

擁有人工微結構科學與技術協同創新中心、固體微結構物理國家重點實驗室、半導體節能器件及材料國家地方聯合工程中心以及江蘇省光電信息功能材料重點實驗室等科研平臺，在硅基納米結構材料與性能調控，硅基光子學器件和新型能源器件等基礎研究領域具有很強的影響力。近年來，在硅基太陽能電池片研發及其新型結構材料在電池片上應用等方面開展了全方位的研究，承擔完成了國家重點基礎研究發展計劃課題和國家自然科學基金重點項目等相關課題的研究。提出了漸變帶隙的納米硅量子點電池結構，利用漸變帶隙進一步拓寬電池的響應光譜范圍，發展了包

傳統的CCD、CMOS硅基成像器件都不能響應紫外波段的光信號，這是因為紫外波段的光波在多晶硅中穿透深度很小（<2nm）。但是近年來隨著紫外探測技術的日趨發展，人們越來越需要對紫外波段進行更深的探測分析與認識。紫外探測技術是繼激光探測技術和紅外探測技術之后發展起來的又一軍民兩用光電探測技術。幾十年來，紫外探測技術已經逐漸應用于光譜分析、軍事、空間天文、環境監測、工業生產、醫用生物學等諸多領域，對現代科研、國防和人民生活都產生了深遠的影響。特別是在先進光譜儀器方面，國內急迫需要響應波段拓展到紫外的硅基成像器件。硅基成像器件如CCD、CMOS是應用最廣泛的光電探測器件。當前最先進的光譜儀器大都采用了CCD或CMOS作為探測器件，這是因為CCD、CMOS具有靈敏度強、噪聲低、成像質量好等優點。但由于紫外波段的光波在多晶硅中穿透深度很小（<2nm），CCD、CMOS等在紫外波段響應都很弱。成像器件的這種紫外弱響應限制了其在先進光譜儀器及其他領域紫外波段探測的使用。 在技術發達國家,寬光譜響應范圍、高分辨率、高靈敏度探測器CCD已經廣泛應用于高檔光譜儀器中。上世紀中葉美國Varian公司開發的Varian700 ICP-AES所使用的寬光譜CCD檢測器分辨率達0.01nm,光波長在600nm和300nm時QE分別達到了84%和50%；美國熱電公司開發的CAP600 系列ICP所用探測器光譜響應范圍更是達到165～1000nm，在200nm時的分辨率達到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0.0035nm,紫外響應拓展到120nm的遠紫外波段。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射光譜儀一維色散和22個CCD檢測器設計，其光譜響應范圍為120－800nm。德國耶拿JENA 連續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0.002nm,光譜響應范圍為189—900 nm。總而言之，發達國家在寬光譜響應和高分辨率高靈敏度探測器件的研制領域已取得相當的成就。主要技術指標和創新點（1）  我們在國內首次提出紫外增強的硅基成像器件，并在不改變傳統硅基成像探測器件的結構的基礎上，利用鍍膜的方法增強成像探測器件CCD、CMOS的紫外響應，使其光譜響應范圍拓寬到190—1100nm，實現對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，達到0.1V/lex.s。（3）  增強成像探測器件的紫外響應的同時，盡量不削弱探測器件對可見波段的響應。（4）  選用適合的無機材料，克服有機材料使用壽命短的缺陷。 紫外探測技術已經逐漸應用于光譜分析、軍事、空間天文、環境監測、工業生產、醫用生物學等諸多領域，對現代科研、國防和人民生活都產生了深遠的影響。特別是在先進光譜儀器方面，國內急迫需要響應波段拓展到紫外的硅基成像器件，該設計與傳統CCD、CMOS結合，能滿足寬光譜光譜儀器所需的紫外響應探測器的需要。能提高光譜儀器光譜響應范圍，在科學實驗和物質分析和檢測中具有很廣的市場前景。 該設計樣品能取代傳統CCD、CMOS，應用于大型寬光譜光譜儀器上，作為光譜儀的探測器件。將傳統光譜儀器的光譜檢測范圍拓寬到190—1100nm. 實現紫外探測和紫外分析。具有較強的市場推廣應用價值。

北京大學物理學院“極端光學創新研究團隊”王劍威研究員和龔旗煌院士領導的課題組，與英國、丹麥、奧地利和澳大利亞的學者合作，實現了硅基集成光量子芯片上的多體量子糾纏和芯片-芯片間的量子隱形傳態功能，為芯片上光量子信息處理和計算模擬的應用，奠定了堅實的基礎。相關研究成果于近日發表在國際頂級物理期刊Nature Physics(https://www.nature.com/articles/s41567-019-0727-x)。 集成光量子芯片技術，結合了量子物理、量子信息和集成光子學等前沿學科，通過半導體微納加工制造高性能且大規模集成的光量子器件，實現對光量子信息的高效處理、計算和傳輸等功能。其中，利用硅基平面光波導集成技術的光量子芯片具有諸多獨特優勢，包括集成度高、穩定性好、編程操控性優越和可單片集成核心光量子器件等，因此被認為是一種實現光量子信息應用的重要手段之一。 A. 硅基量子隱形傳態和多光子量子糾纏芯片的示意圖，左上角為集成量子光源的電子顯微鏡圖；B. 量子隱形傳態的量子線路圖；C. 量子糾纏互換的量子線路圖；D. GHZ糾纏制備的量子線路圖 北京大學研究團隊與布里斯托爾大學、丹麥科技大學、奧地利科學院、赫瑞-瓦特大學和西澳大利亞大學科研人員密切合作，在硅基光量子芯片技術和應用方面取得了突破性進展。研究團隊發展了一種基于微環諧振腔的高性能集成量子光源，通過硅波導的強四波混頻非線性效應，實現了光子全同性優于90%、無需濾波后處理的50%觸發效率的單光子對源，達到了對4組微腔量子光源陣列的相干操控，片上雙光子量子糾纏源的保真度達到了92%。團隊實現了關鍵的可編程片上雙比特量子糾纏門，可以按照功能需要切換貝爾投影測量和量子比特焊接操作，通過量子態層析實驗確認了高保真的雙比特糾纏操作。 研究團隊在單一硅芯片上實現了高性能量子糾纏光源、可編程雙比特量子糾纏門，以及可編程單量子比特測量的全功能集成，進而實現了三種核心量子功能模塊——芯片上四光子真糾纏、量子糾纏互換、芯片-芯片間的高保真量子隱形傳態。通過對兩對糾纏光子對進行量子比特焊接操作，團隊實現并判定了四比特Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 真量子糾纏的存在；通過對兩對糾纏光子中各一個光子進行貝爾投影操作，實現了量子糾纏互換功能，使來自不同光子源的光子間產生了量子糾纏；利用兩個芯片間的量子態傳輸和量子糾纏分布技術，實現了兩個芯片間任意單量子比特的量子隱形傳態，達到了近90%的隱形傳態保真度。 團隊研制的硅基多光子量子芯片尺寸僅占幾平方毫米，比傳統實現方法小了約5-6個數量級，不僅達到了器件的微型化，同時具備了單片全功能集成、器件編程可控、系統性能優越等特點，其中量子隱形傳態保真度優于已報道的其它物理實現方法。多體量子糾纏體系的片上制備與量子調控技術，為片上量子物理基礎研究和片上光量子信息處理傳輸、量子計算模擬的應用提供了重要基礎。

 基于硅材料和CMOS工藝制備光電子器件及其集成技術，可實現低成本、批量化生產，并具有和微電子單片集成的潛力，是目前國際光電子前沿研究領域。該技術不僅可以用于片上光互連，也可為骨干網、光接入網和數據中心提供高性能、低成本收發模塊。 在國家973計劃項目《超高速低功耗光子信息處理集成芯片與技術基礎研究》的支持下，針對硅基材料不具備線性電光效應、而利用自由載流子等離子色散效應實現電光調節效率低、功耗高等科學難題，提出了一系列解決思路和具有創新性的器件結構，形成了硅基光電子集成器件設計方法和基于CMOS工藝的制備工藝流程，成功制備了一系列硅基光電子集成芯片。 該技術不僅為我國硅基光電子集成技術的發展和華為等知名電信設備企業新一代產品提供了有力的技術支撐，也引起了國際同行的密切關注。美國光學學會《Optics & Photonics News》曾出版專題報道“Integrated Photonics in China”，對本項目的部分工作進行了介紹。2014年底，Nature Photonics將本項目首次在硅基上研制成功的大容量可編程光緩存芯片作為Research Highlight加以報道。高速低功耗16*16光交換芯片版圖大容量可編程光緩存芯片（左：芯片照片，中：封裝后的結構，右：性能測試結果）為華為公司研制的400G可調光模塊。

已有樣品/n在主流硅基FinFET集成工藝基礎上，通過高級刻蝕技術形成體硅絕緣硅Fin和高k金屬柵取代柵工藝中選擇腐蝕SiO2相結合，最終形成全隔離硅基環柵納米線MOS器件的新方法。并在取代柵中絕緣硅Fin釋放之后，采用氧化和氫氣退火兩種工藝分別將隔離的“多邊形硅Fin”轉化成“倒水滴形”和“圓形”兩種納米線結構。

本硅微諧振式壓力傳感器采用自主設計的膜片——諧振梁式復合敏感結構、自主探索的工藝流程和自主研發的信號處理技術，具有優良的穩定性和靈敏度，且敏感結構比國外同類產品簡單，適合國內工藝水平現狀。 該傳感器用于大氣壓力測量或液體壓力測量，在氣象、航空、石油、化工、電力等領域應用前景廣闊。目前，該技術已達到小批量樣機生產的實用要求。