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“战略性先进电子材料”重点专项 2018 年度项目申报指南

发布时间:2017-10-19点击量:24

       为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020 年)》和《中国制造 2025》等提出的任务,国家重点研发计划启 动实施“战略性先进电子材料”重点专项。根据本重点专项实施 方案的部署,现发布 2018 年度项目申报指南。

       本重点专项总体目标是:面向国家在节能环保、智能制造、 新一代信息技术领域对战略性先进电子材料的迫切需求,支撑“中 国制造 2025”、“互联网+”等国家重大战略目标,瞄准全球技术 和产业制高点,抓住我国“换道超车”的历史性发展机遇,以第 三代半导体材料与半导体照明、新型显示为核心,以大功率激光 材料与器件、高端光电子与微电子材料为重点,通过体制机制创 新、跨界技术整合,构建基础研究及前沿技术、重大共性关键技 术、典型应用示范的全创新链,并进行一体化组织实施。培养一 批创新创业团队,培育一批具有国际竞争力的龙头企业,形成各 具特色的产业基地。

       本重点专项按照第三代半导体材料与半导体照明、新型显示、 大功率激光材料与器件、高端光电子与微电子材料 4 个技术方向,共部署 35 个研究任务。专项实施周期为 5 年(2016-2020 年)。

       2016 年,本重点专项在 4 个技术方向已启动 15 个研究任务的 27 个项目。2017 年,在 4 个技术方向已启动 15 个研究任务的37 个项目。2018 年,在 4 个技术方向启动 5 个研究任务,拟支持12-24 个项目,拟安排国拨经费总概算为 1.77 亿元。凡企业牵头 的项目和典型应用示范类项目,须自筹配套经费,配套经费总额 与国拨经费总额比例不低于 1:1。

       项目申报统一按指南二级标题(如 1.1)的研究方向进行。除 特殊说明外,拟支持项目数均为 1-2 项。项目实施周期不超过 4 年。申报项目的研究内容须涵盖该二级标题下指南所列的全部考 核指标。项目下设课题数原则上不超过 5 个,每个课题参研单位原则上不超过 5 个。项目设 1 名项目负责人,项目中每个课题设1 名课题负责人。

       指南中“拟支持项目数为 1-2 项”是指:在同一研究方向下, 当出现申报项目评审结果前两位评价相近、技术路线明显不同的 情况时,可同时支持这 2 个项目。2 个项目将采取分两个阶段支 持的方式。第一阶段完成后将对 2 个项目执行情况进行评估,根 据评估结果确定后续支持方式。


       1. 第三代半导体新结构材料和新功能器件研究

       1.1 超宽禁带半导体材料与器件研究(基础研究类) 

       研究内容:开展金刚石、氧化镓、氮化硼等超宽禁带半导体单晶衬底和外延材料的生长、掺杂、缺陷控制和光电性质研究; 开展材料加工和器件制备的关键工艺研究;开展基于上述超宽禁 带半导体材料的高性能器件研制。

       考核指标:金刚石半导体单晶衬底和外延材料直径≥2 英寸、 X 射线摇摆曲线衍射峰半高宽≤50 arcsec、方均根表面粗糙度≤1 nm,掺杂金刚石 p 型空穴浓度≥1×1018   cm-3、n 型电子浓度≥1×1016 cm-3,非掺杂金刚石室温电子和空穴迁移率分别为 3000 cm2/V•s 和 2500 cm2/V•s,研制出金刚石原型电子器件和深紫 外光电器件;氧化镓单晶材料直径≥3 英寸,位错密度≤104 cm-2, 研制出氧化镓金属—氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器 件,击穿电压≥1000 V,导通电阻≤2 mΩ•cm2;制备出高质量 氮化硼外延薄膜,研制出波长≤230 nm 的氮化硼深紫外光电探测 器,器件开关比≥5×103。申请发明专利 15 项,发表论文 20 篇。

       1.2 氮化物半导体新结构材料和新功能器件研究(基础研究类) 

       研究内容:研究氮化物半导体低维量子结构的可控制备,基于量子点结构的单光子发射器件;研究氮化物半导体子带跃迁量 子阱结构的外延生长和紫外、红外双色探测器件;研究氮化物半 导体太赫兹发射和探测器件;研究氮化物半导体自旋性质及自旋 场效应晶体管。

       考核指标:实现基于氮化物半导体量子结构的光泵浦紫外或 蓝光波段室温工作单光子源,二阶相关度≤0.3;氮化镓(GaN) 基 3~5 μm 红外探测器件工作温度≥77 K,实现紫外红外双色探 测器件的单片集成;实现≥0.3 THz 室温工作的 GaN 基太赫兹发 射和探测器件,发射器件输出功率≥8 μW;实现氮化物半导体自 旋场效应晶体管原型器件,自旋注入效率≥8%。申请发明专利 15 项,发表论文 20 篇。

       1.3 第三代半导体新型照明材料与器件研究(基础研究类) 

       研究内容:研究激光照明用第三代半导体激光器;研究适用于激光大功率密度激发的荧光材料,研制激光照明光学系统和应 用产品;研究基于单芯片技术的全光谱白光照明材料和器件;开 展非晶衬底、石墨烯等插入层上高质量氮化物半导体的外延生长 研究和器件研制;开展基于新型有机无机钙钛矿材料的高效 LED 研究。

       考核指标:实现激光暖白光照明(3000K)到冷白光照明(6000K)范围内的色温可调,显色指数达到 85,开发出车用激 光照明等应用产品;单芯片全光谱白光器件效率≥100 lm/W,显 色指数达到 90;基于新型非晶衬底的氮化镓基 LED 芯片内量子 效率≥40%;钙钛矿 LED 亮度≥105 cd/m2,外量子效率≥20%。 申请发明专利 20 项,发表论文 15 篇。


       2. 三基色激光显示生产示范线

       2.1 三基色激光显示整机生产示范线(典型应用示范类) 研究内容:设计三基色激光显示整机生产示范线流程,开展 工艺、装备和检测等工程化开发。示范线包括:整机关键工艺设 备设计与开发;高效能激光驱动系统自动化检测技术及平台;激 光显示散斑等多种干扰的检测技术与设备开发;视频信号保真度 响应的自动化测试系统及平台。

       考核指标:建成三基色激光显示整机生产示范线,产能达到: 三基色激光显示整机 10 万台/年,生产合格率≥90%, 其中 100 英寸级高清三基色激光电视,色域≥160% NTSC,成本<5 万元, 激光工程投影机最高光通量>105  lm。

       2.2 三基色激光二极管(LD)材料与器件生产示范线(典型 应用示范类)

       研究内容:设计适用于激光显示的三基色 LD 材料与器件生 产示范线流程,开展批量生产技术研究。示范线包括:材料制备、 结构设计与外延生长、芯片制备与器件封装、在线检测与老化筛 选;研究生产示范线贯通过程中 LD 各关键工艺技术的导入、衔 接、匹配、优化和拓展技术,批量生产状态下 LD 产品一致性、 稳定性和重复性的可控制备技术,提高产品的成品率和降低产品 的生产成本。

       考核指标:建成用于激光显示的三基色 LD 材料与器件生产 示范线,450 nm 波段蓝光、520 nm 波段绿光以及 640 nm 波段红 光半导体激光器产能示范达到 5000 万支/年规模,生产合格率: 蓝光 LD≥50%、绿光 LD≥30%、红光 LD≥70%。生产成本分别 降到蓝光 LD 每瓦 25 元以下、绿光 LD 每瓦 120 元以下、红光LD 每瓦 28 元以下。


       3. 激光材料与器件在精密检测、激光划片及医疗领域的应用示范

       3.1 激光材料与器件在精密检测领域的应用示范(典型应用示 范类)

       研究内容:开展激光精密检测技术研究,研究高精度铁轨障 碍物激光测量新方法,开展铁轨障碍物激光监测报警系统在铁轨 检测领域的应用示范研究。开展障碍物及疑似障碍物包括落石、 树枝、草团、动物、行人、列车等的智能分析判断研究,探索其 对行车安全造成威胁的障碍物判断算法,研制能够满足各种气象 条件且实现长期值守、自动发现线路障碍物,能够对过往列车提 供预警信息的自动化监测系统。

       考核指标:激光监测系统,系统工作环境温度:-45 ℃~65 ℃; 系统工作最大相对湿度≥80%;角度分辨率≤0.1°,距离定位精度 优于±10 cm,准测率≥99%,钢轨最大监控距离≥100 m(50 mm×50 mm 目标),虚警率≤3%,漏报率=0,申请发明专利 5 项。

       3.2 激光材料与器件在激光划片领域的应用示范(典型应用示 范类)

       研究内容:开展超短脉冲激光与半导体晶片材料的作用机制 研究,开发用于硅、碳化硅、蓝宝石等材料的激光隐形切割系统, 开展高速自动对焦及动态焦点补偿技术研究;开展智能化厚度跟 踪切割技术研究;开展超短脉冲激光动态光束整形技术与多焦点 聚焦光斑光学设计系统研究;实现超短脉冲激光在半导体晶片划 片中的应用示范研究。

       考核指标:开发出激光隐形切割系统,可实现硅、SiC、蓝 宝石等材料的隐形切割,划片精度优于 3μm、划片速度≥500 mm/s,动态直线度<±0.5 μm,动态平面度≤±0.5 μm,可在光轴 方向形成 2 个以上可变焦点,且可变焦点聚焦能量和能量分布可调。申请发明专利 5 项以上。

       3.3 激光材料与器件在医疗领域的应用示范(典型应用示范类) 

       研究内容:开展基于特种激光光源的肿瘤和血管疾病的靶向光动力诊治研究,开展肿瘤和血管疾病的靶向光动力精准治疗一 体化的临床应用示范研究;发展高峰值功率铒激光调 Q 技术,提 供降低激光消融牙硬组织过程中热损伤的技术方法,开展铒激光 牙科治疗的应用示范。

       考核指标:肿瘤靶向激光波长 400 nm 波段和 630 nm 波段, 光斑(Φ100 mm)能量密度不均匀性≤±5%,治疗早期肿瘤有效 率≥90%,治疗中晚期肿瘤有效率≥60%;用于眼科及皮肤科的 血管靶向激光波长 510 nm、输出功率 10 W,光斑(Φ100 mm) 能量密度不均匀性≤±5%,治疗有效率≥98%;用于牙科治疗的 铒激光峰值功率≥300 kW,脉宽≤150 ns,重频≥50 Hz,激光消 融牙本质热损伤范围≤40 μm。申请发明专利 10 项。


       4. 大功率激光器在风电轴承表面强化、激光清洗等领域的应 用示范

       4.1 大功率激光器在大型轴承表面强化中的应用示范(典型 应用示范类)

       研究内容:开展金属粉末材料在熔凝过程中的物理化学过程 研究,开展高性能钢材料激光熔覆过程中综合力学性能演变机制 研究;开展激光致金属材料表面相变过程研究,开展大功率光纤 耦合半导体激光表面强化在风电轴承领域的应用示范。

       考核指标:研制出大功率激光表面强化应用装备,直径≥3 m 的超大型风电主轴轴承激光淬火变形≤0.3 mm,淬火宽度≥100 mm,实现 5~8 MW 风机主轴轴承应用示范;单道激光熔覆厚度≥3 mm,稀释率≤5%,热影响区深度≤0.5 mm,基体变形≤1 mm/100 mm。申请发明专利 10 项以上。

       4.2 大功率激光清洗装备应用示范 

       研究内容:开展柔性传输短脉冲激光逐层去除飞机蒙皮涂层的机理研究,开展短脉冲激光与涂层材料的相互作用的热效应研 究,开展移动式高峰值功率准连续激光清洗装备研究及在飞机蒙 皮涂层逐层清洗领域的应用示范。

       考核指标:研制出大功率激光清洗应用装备,工作距离>20 m,飞机蒙皮单层清洗速度≥5 m2/h,基材表面保护性氧化膜无损伤, 单层清洗厚度≥100μm,精度≤±20μm,清洗后单位面积表面残留 物≤5%,去除过程中基材瞬间温度≤80℃。申请发明专利 10 项。


       5. 高密度存储集成技术

       5.1 高密度新型存储器材料及器件集成技术研究(共性关键 技术类)

       研究内容:研究高密度新型存储器材料、结构单元与阵列制 造的关键工艺技术,包括存储单元与互补金属氧化物半导体(CMOS)电路的匹配互连和集成、芯片外围电路设计、封装和 测试等关键技术;研究不同存储器件的尺寸效应、微缩性能、三 维存储阵列的集成工艺;研究新型存储器材料与器件的热稳定性 和可靠性;研究阵列的读、写、擦操作方法,优化控制方法与电 路结构;研制高密度存储芯片,并对其存储性能进行验证。

       考核指标:实现与 CMOS 工艺兼容的高密度存储器集成工 艺;解决高密度存储电路的共性关键技术,建立外围电路模块的 共性设计技术;突破存储器的可靠性测试技术,建立存储的失效 模型,获得信息存储与处理相融合的解决方案;存储单元面积≤ 6.4×10-3 μm2;擦写速度<50 ns,读取速度<25 ns,保持特性>100 小时@150 oC;三维堆叠层数≥8;存储芯片密度>1.5 Gb/cm2。申 请专利 10 项,发表论文 20 篇。

       5.2 高密度磁存储材料及集成技术研究(共性关键技术类) 

       研究内容:研究新型磁性隧道结材料及其器件结构的优化设 计,研究磁随机存储器在多物理场协同作用下的低功耗写入原理 与具体方式;研究电流驱动型磁随机存储器单元与阵列制造的整 套关键工艺技术,研究与主流 12 英寸 CMOS 晶圆工艺兼容的磁 性隧道结的纳米图型化和刻蚀制备方法,实现与 12 英寸磁电子工 艺匹配的 CMOS 芯片控制电路设计,研制高密度磁存储芯片。

       考核指标:研制出 2~3 种实用型高密度磁随机存储材料及 存储单元器件;研制出存储密度≥1 Gb/cm2 的高速低能耗磁随机 存储器(基于自旋转移力矩效应或自旋轨道转矩效应)芯片;芯 片中磁性隧道结(阵列)存储单元的室温隧穿磁电阻比值达到 150%,写入和读取时间≤30 ns,操作电压≤1 V,可重复擦写次 数>1015,室温下数据保存时间>10 年。申请专利 15 项,发表论 文 30 篇。


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