微型光电子系统及应用

 

建设目标

    微型光电子系统(MOEMS)涉及学科多、应用领域广。本项目建设主要依托学校“光纤传感技术国家重点工业性试验基地”、“信息学院”和“材料复合新技术国家重点实验室”,在纳米材料加工、紫外激光微加工、嵌入式“芯片系统”等优势技术领域开展有特点的研究。力争在5年左右时间内,建成国内一流、拥有自主知识产权的嵌入式微型光纤传感研究基地和光、机、电、控制、微结构、材料等多学科交叉的科学研究、技术开发和人才培养基地,在某些领域达到国际先进水平。同时针对学校在材料、交通、汽车等领域的行业背景和优势,开展有针对性的应用研究,力争使微型光电子系统在这些行业领域的应用有所突破。

建设内容

(1)准分子激光微加工技术的研究
    准分子激光微加工技术是目前MEMS加工的重要方法之一。尤其是短波长的准分子激光(Excimer Laser)是光刻系统和微机械加工的重要工具,它可以通过光敏曝光或微机械激光加工将非常小的功能部件复制到材料中。157nm超深紫外激光微加工国外刚起步,国内尚未开展工作。它对许多透明和超硬特殊材料进行微加工更有独特的优势。

    学校已有目前国际上先进的准分子激光器,拟装备配套的微加工系统,主要建设以下三个系统:①准分子激光微加工系统;②准分子激光材料精细改性系统;③准分子激光成膜系统。

(2)嵌入式微型光电子技术
    结合MEMS发展和在光纤传感领域的应用,重点在如下三个方面展开研究:①研究MOEMS和SoC融合的体系结构问题,将具有核心功能的SOC与其他器件如MEMS(微机电系统)或MOEMS(微光机电系统)一起集成在小尺寸有源或无源元件基板上,解决接口方面的关键技术问题;②研究高性能、低功耗的系统结构和高效率的包含模拟、数字、射频以及微机械等的系统集成方法,解决SOC所面临的设计复杂性难题;③基于MOEMS和嵌入式理论的硬件、软件和结构的协同设计理论与方法,研究SOC设计、测试理论与方法,为SOC的综合、验证和测试提供高效率、大数据量的算法,为开发SOC的EDA工具提供科学依据。通过三个方面的研究,在SOC和MEMS或MOEMS集成方面的基本理论和关键技术问题有所突破,研制出集成SOC和MOEMS的微系统。

(3)微型光电子器件与应用
    重点研究与嵌入式微型光纤传感器密切相关的纳米自组装成膜技术,热电材料、微型温差电池、磁悬浮微系统、专用微型光电器件等,力争在“十五”期间能使系列嵌入式微型光纤传感系统达到工程实用,并部分实现产业化。

建设效益

    微加工和嵌入式技术是微型光电子系统与应用的核心和关键技术。项目从英国引进国内首台157nm深紫外激光微加工系统,在国内率先开展深紫外激光微加工技术的研究,将微加工技术和嵌入式技术相结合,研制新型微型光纤传感器,使我校在该学科领域的建设工作取得重大进展,成为传感材料、信息、机电、土木、交通等多学科在该领域开展学术研究和人才培养的基地。近年来相继建成了光纤传感技术国家重点工业性试验基地、湖北省光纤传感工程技术研究中心、光纤传感技术与信息处理省部共建教育部重点实验室、光纤传感器国家高技术产业化示范工程和科技部光纤通信与光纤传感材料与器件“863”成果转化基地等平台,成为具有影响力的区域研发中心。将科学研究成果应用于信息学科的实践教学,“现代嵌入式实践教学平台在面向创新的信息类专业实践教学中的应用”于2005年获湖北省教学成果一等奖、国家教学成果二等奖,获信息与通信工程一级学科博士点。


  由于拥有国内一流、具有特色的高水平研究平台及大型精密科研设备,使我们具有承担国家重大科研项目的坚实基础。我单位将微加工技术和嵌入式技术相结合,应用于光纤传感信息处理的研究,在光纤光栅高速解调仪的研制方面取得了突破性进展,在光纤光栅传感的材料、器件与系统研究与应用中取得了多项专利,成为目前国内唯一具有全套自主知识产权的单位,获得了国家级科技奖励。在“十五”期间承担了包括国家自然科学基金项目、“973”子项目、“863”计划项目以及国家计委、科技部、经济贸易委员会、信息产业部、教育部下达的重点/重大项目,高质量地完成各项科研项目,如承担的“973”子项目在中期考评时是该项目组唯一的得到优秀评价的子项,承担“863”计划项目也获得好评,被评为“十五”国家重大科技成果。在2005年又争取到国家自然科学基金重点项目。由于工作成绩显著,获得了国家及省部级科技奖励,其中国家科技进步奖二等奖2项,省、部级科技进步一等奖2项,教育部提名国家技术发明一等奖1项。在成果转化方面,通过采用紫外激光对光纤等进行精密改性和微加工,结合嵌入式技术,在材料改性、特种器件微加工和信号处理等方面,形成了具有我国自主知识产权的技术与装备,打破了国外在这一重要高新技术领域的技术封锁和市场垄断,增强了我国在该领域的国际竞争力。将所形成的关键及核心技术产业化,应用于光纤传感器的生产,取得了很好的经济效益,2005年在国内光纤传感器市场已占到70%的份额,产值超过亿元,产品应用于石化、石油、冶金、化工、交通等近 10个行业的100余家大型骨干企业和三峡工程、阳罗长江大桥、水布垭电站等数十项大型工程,并应用在国家武器装备中,推动了相关行业重大安全技术和科技的进步,为国家重大工程建设和国防安全做出了突出贡献。


  通过“十五”“211工程”建设,我校在本学科领域人才培养方面取得长足进步。培养了博士研究生65名,硕士研究生995名,培养高水平学术带头人和骨干13人,教师出国深造人数7人,中青年教师具有博士学位者超过80%。