中国科学院半导体研究所 中国科学院北京分院
重点研究领域:半导体物理、材料、器件研究及其系统集成应用
所在地:北京市,北京
机构简介:

1956年,在我国十二年科学技术发展远景规划中,半导体科学技术被列为当时国家新技术四大紧急措施之一。为了创建中国半导体科学技术的研究发展基地,国家于1960年9月6日在北京成立中国科学院半导体研究所(以下简称半导体所),开启了中国半导体科学技术的发展之路。 半导体所拥有两个国家级研究中心—国家光电子工艺中心、光电子器件国家工程研究中心;三个国家重点实验室—半导体超晶格国家重点实验室、集成光电子学国家重点联合实验室、表面物理国家重点实验室(半导体所区);两个院级实验室(中心)—半导体材料科学重点实验室、中科院半导体照明研发中心。此外,还设有半导体集成技术工程研究中心、光电子研究发展中心、高速电路与神经网络实验室、纳米光电子实验室、光电系统实验室、全固态光源实验室、元器件检测中心和半导体能源研究发展中心。并成立了图书信息中心,为研究所提供科研支撑服务。 半导体研究所现有职工690余名,其中科技人员480余名,中国科学院院士8名,中国工程院院士2名,正副研究员及高级工程技术人员209名,“百人计划”入选者及国家“杰青”获得者44人次、国家百千万人才工程入选者6名。其中黄昆先生荣获2001年度国家最高科学技术奖。设有3个博士后流动站,3个一级学科博士培养点,3个工程硕士培养点,。 半导体所高度重视国内外交流合作,与地方政府、科研机构、大学和企业等共建了1个院士工作站、3个研发(转移)中心、9个联合实验室,积极为企业和区域经济社会发展服务。同时积极开展多层次、全方位的国际学术交流与合作,成绩显著,科学技术部和国家外国专家局批准成立“国家级国际联合研究中心”。并且以自主知识产权的专利和专有技术投资,融合社会资本建立了10余家高技术企业,并实施科研成果转化为现实生产力,已初步形成产业化、商品化规模。 半导体所秉承“以人为本、创新跨越、唯真求实、和谐发展”的办所理念,奋斗不息,勇攀高峰,取得了快速发展,研究所已逐渐发展成为集半导体物理、材料、器件研究及其系统集成应用于一体的国家级半导体科学技术的综合性研究机构。 半导体所的中长期发展战略目标是:开展与国家发展密切相关的、世界科技前沿的基础性、前瞻性、战略性科技创新活动,为发展我国的高新技术提供源源不断的动力;以国家战略需求为导向,开展战略高技术研究,为国民经济和国防建设提供科技支撑,并为相关行业的技术进步作出贡献;吸引、聚集和培养国际一流人才;建立具有国际先进水平的、开放的实验研究和测试平台,实现科技创新能力的跨越和持续发展,成为引领我国半导体科学技术发展的火车头。

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科研成果
环境保护与资源综合利用

半导体照明农业应用LED产业化

项目概况: 长期以来农业领域使用的人工光源主要有荧光灯、金属卤素灯、白炽灯等,缺点是能耗大、运行费用高。LED照明具有节能环保、光电转换效率高、寿命长、发热低、冷却负荷小、促生长,提高农产品安全性、易于分散或组合控制等许多重要特点与优势。本项目研究半导体照明农业应用LED产业化,可以使原有土地的利用率与产出率数倍的提高,为现代农业发展、为我国的节能减排的战略国策做出贡献,也将为我国LED照明产业发展及开辟了一条新的途径,提高国际竞争力。半导体照明农业应用LED产业化,在节约土地资源、节能环保、提高农业附加值和食品健康等方面,具有巨大的经济效益及社会效益。 技术创新性: 项目针对半导体照明农业应用LED产业化开展研究,研究LED光谱能量分布及光照模式对设施植物生长、光合作用以及产量与品质的影响效应,获取LED光谱能量分布与控制参数;优化设计符合植物生长需要光照生理特性的LED光源,根据植物对光质、光照强度的变换要求,设计柔性可调的LED线路板和驱动控制装置。利用PWM等控制方法,对LED芯片进行驱动,实现光质、光强可调;LED光源农业应用系统生命周期长并且使用环境潮湿,要统筹研发专用驱动电源、热量管理、光学设计、智能调光控制、防潮等,在物理结构、工程设计应用设计、LED农业专用光源的性能测试分析技术方面,提高批量产业化生产产品的安全性、可靠性和使用寿命;进行批量生产工艺的技术集成、系统化、产业化实施。 社会经济效益: 我国是全球工厂化植物组培育苗的生产基地和出口基地,也是全球最大的组培苗消费市场。自上世纪90年代中期以来,中国大陆承接了全球工厂化组培育苗的产业转移,现在这一产业转移过程已经完成。据农业部统计,截止2007年底,年产量大于1000万株的组培企业,全国有300多家,植物组培的总面积在2000万平方米以上,总产量大于30亿株。 组培每天的光照时间为 16h/d,如果一年按 300天的生产日、全国 2000万m2的组培总面积计算,则由荧光灯引起的年耗电总量在100亿 KW•h以上;采用LED后,其年耗电总量在50亿 KW•h左右,年节电总量在50亿 KW•h以上,节能效果显著。如果以标准20mA小功率LED为基础作为未来组织培养的主要光源,所需波长主要为440-470 nm的蓝光LED和630-670 nm的红光LED,技术相对成熟、性价比高,2000万平方米工厂化植物组培育苗产业一次性市场规模总量150亿元以上。 合作方式: 技术转让 技术许可 成立公司

电子信息技术

LED照明光学无线智能家居控制系统

项目概况: 通过LED照明与通信复用的光学无线形式的智能家居控制系统的示范体验为大众宣传一种节能、环保、绿色的智能家居新系统。既有利于LED照明和智能家居系统的推广也有利于照明通信复用新业务的产生。公众节能环保意识的增强以及对绿色健康的关注将有助于本项目成果的推广和产业化。项目属于市场拉动型,对半导体照明和消费电器行业有拉动作用。 技术创新性: 因为LED照明光学无线控制技术是一项新技术,该系统无现成标准,也没有成熟的应用业务,所以本项目的工作重点是以LED照明智能家居系统的应用示范为突破口拓展LED照明光学无线控制技术在多领域的应用。 技术研发及产业化发展方向: 基于LED照明的光学无线控制系统目前尚无标准,该技术目前主要应用领域是光学无线的智能家居控制系统,故民用性很强,随着半导体照明技术的推广,其应用范围将迅速扩大。预计产业化时间2到5年。 社会经济效益: 物联网和智能家居系统的市场发展保证了本项目良好的经济效益;类似于世博会展示这种高科技成果的示范展示能发挥科学普及的社会效益;项目节能环保的特点以及对LED照明的推动体现了良好的环境效益。 合作方式: 技术转让 成立公司

农业技术

农作物种子的近红外光谱分析鉴别技术

项目概况: 国以农为本,农以种为先,农作物种子的真伪问题攸关粮食安全与国计民生。然而,我国种子市场(包括玉米、水稻、大豆……等)存在严重问题,全国仅因纯度问题每年减产玉米40亿公斤。但是,国内外现有鉴别手段,如形态观察法、DNA检测法等,都存在诸多技术障碍,无法对样品进行即时、方便、准确的现场分析与监测,急需新的快速鉴别技术。 本项目针对种业市场的上述需求,在自主创新的玉米种子近红外光谱分析技术基础上,研究设备无关、稳健可靠、适合大样本集的品种快速鉴别技术;研制农作物种子快速鉴别的便携式专用设备。本项目具有重要的经济价值与社会意义。 技术创新性: 本项目组针对国家玉米中心、山西屯玉种业科技股份有限公司提供的共85个玉米品种进行近红外光谱分析鉴别,平均正确识别率达95.3%。 本项目计划研究开发出准确率>95%、单次鉴别时间<5分钟的品种快速鉴别新技术;研制出体积<40cm×40cm×30cm、重量<25kg的便携式品种鉴别仪产品。 国内外同类工作研究的品种规模很小(不超过10个品种),对不同种植地域、不同年份的种内差异未见考虑,尤其缺乏对品种鉴定专用设备研制技术的研究。 社会经济效益: 目前全国共有2500多个种子管理站,在前期市场推广阶段,计划针对10%的种子管理站进行推广,每套产品售价10万元,合计销售收入10×250=2500万元;同时,针对山西屯玉、登海种业、大北农等五家优质企业进行推广,每家企业在全国约有3000个销售网点,如有1%的销售网点配备该系统,每套产品售价10万元,合计销售收入10×5×30=1500万元;后期阶段逐步推广到全国所有的种子管理站和种子企业的所有销售网点。 合作方式: 技术许可

电子信息技术

面向家庭的低成本健康监护系统研究

项目概况: 项目研究体温、脉搏、呼吸、血压、心电、脑电、血氧饱和度等生理信号提取、识别及传输方法,利用半导体加工工艺制作微型传感器件,研制人体生命指征信号微型传感器及相关集成电路芯片,研制人体生命指征信号检测处理模块,开发基于多个生命指征微型传感器及采集检测模块的远程医疗信息交互系统。本项目在个人和家庭保健、社区医疗服务、康复医学、运动医学及载人航天等领域中有着广泛的应用,将为人体健康监测及疾病诊断与辅助诊断提供有力的手段,对实现疾病的监测、诊断和个性化治疗具有重要的意义,实现病有所医。该项目的研究和开发是天津市科技发展“十一五”规划中的重点领域与优先发展技术,对建设天津市滨海新区具有重要的意义。随着中国老龄化进展的突然加速以及家庭养老模式的推广,市场需求量巨大,项目属于市场拉动型。 技术创新性: 项目综合电子信息技术、先进制造技术和生物医学技术, 相关技术成熟,具备产业化的技术储备。微型化、佩戴或穿戴方便的多传感器节点组合网络、低成本、低功耗的生命指征便携式监测系统的软硬件平台的创建以及快速提取生命指征信号特征参数与诊断预警技术具有创新和实用性。监护装置样机在天津中医药大学第一附属医院进行测试,关键参数均符合健康监护的技术指标。与国内外相关产品比较,具有监护参数齐全、成本低、终端测量精度高以及系统集成度高的优点。 社会经济效益: 项目研究产品的广泛应用,以其低成本、快速、方便、准确的优越性替代现有的电生理检测设备,方便基层医疗单位对疾病进行检查,显著提高公众预防水平,尽早发现疾病,及早治疗,对降低个人和整个社会的医疗支出,提高人民生活质量做出较大贡献,社会效益显著。由于本项目面向的是社区、农村和家庭市场,潜在市场广阔、应用前景较好。项目的研究,将能获得自主的知识产权和基础制造技术,大幅度降低产品成本,获得较好的经济效益。产品可以作为民政部门养老助残事业的硬件平台建设的重要内容进行特殊渠道销售。 合作方式: 成立公司

先进制造技术

新一代低成本、低功耗、高性能量子点激光器

项目概况: 由于可以对载流子产生三维量子限制效应,半导体量子点激光器比现有应用的半导体量子阱激光器具有更低成本、更低功耗、更高调制速率和更佳温度稳定性等优点。量子点激光器可广泛用于光通信、激光显示、大型计算机内部光互连等领域,并因其可实现无需制冷直接调制,成本较低,尤其适用于作为光纤到户(FTTH)工程中的激光光源。 技术创新性: 中科院半导体所在国家973计划、863计划支持下,在国内最先开展量子点材料和器件的研究,具有十多年的研究积累,在量子点激光器方面的技术达到国际先进水准:已成功实现1.3 μm波长激光器的10 Gbps直接调制,在10—60℃范围内器件的特征温度达到500 K以上。这两项指标都处于国际先进水准,填补了国内相关技术领域的空白。 市场前景: 光纤到户(FTTH)是信息高速公路的根本解决方案,是互联网、云计算等平台的有力支撑,对于推进人类社会信息化具有划时代的意义。激光光源作为光纤到户系统中最重要的组成部分之一,在总成本中占据了较大的比重,因此控制激光器的成本成为推广和普及光纤到户的关键所在。量子点激光器由于具有较高的温度稳定性,无需外部的制冷控温模块,大大降低了生产成本,被看作是光纤到户的理想光源,日本和韩国已开始采用量子点激光器进行光纤到户网络的建设。目前国内家庭用户的网络主要采用电缆传输,带宽普遍在1 Mbps至4 Mbps之间,中国电信和中国联通从2010年起开始在广东、上海等地区推进光纤到户的建设,用户带宽有望达到100 Mbps。截至2011年3月中国网民数量已达4.8亿,低成本、高性能的量子点激光器在我国光纤到户市场中的应用前景十分广阔。 激光显示是量子点激光器另一个重要应用领域。激光显示主要应用在三个方面:大屏幕电视,大屏幕投影仪以及与手机、相机集成的微投影仪。预计全球激光显示的潜在市场(包括与现有显示技术形成竞争的市场)可以达到4000亿元左右的规模。国内激光显示市场则至少有400亿元的规模,加上出口后将达到1000亿元以上。 项目现状: 该项目组拥有分子束外延和金属有机化学气相沉积系统以及完整的器件工艺线,具有完整的芯片外延、工艺制作、器件测试条件。目前,已成功研制出高质量量子点材料和高性能量子点激光器,实现了1.3μm波长量子点激光器的10 Gbps直接调制,器件在10—60℃范围内特征温度达到500 K以上。 项目规划: 项目组目前希望寻求市场机构,投资建立能规模化生产的外延生长设备及标准的工艺生产线,联合成立产业化运营公司,共同推广该项目的市场化运营。