【进展】北京大学团队在光子芯片时钟领域取得重大进展
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1.北京大学团队在光子芯片时钟领域取得重大进展

2.同济大学牵头的课题“上海人工智能领域推进教育、科技、人才协同发展的策略研究”启动

3.中国科学院半导体所等在层状半导体材料的拉曼散射理论和实验方面取得重要进展

4.合肥工业大学在柔性传感器研究方面取得系列新进展

5.电子科技大学在ISSCC 2025会议发表重要研究成果


1.北京大学团队在光子芯片时钟领域取得重大进展

2025年2月25日,北京大学电子学院常林研究员团队与中国科学院空天信息研究院李王哲研究员课题组合作,在Nature Electronics杂志在线发表了题为“Microcomb-synchronized optoelectronics”的研究文章,在世界上首次实现了光子芯片时钟在信息系统中的应用。该技术基于可量产的超低损耗氮化硅光子芯片,通过光学频率梳生成了高精度、低噪声的时钟信号,突破了传统电子芯片在时钟带宽、能耗和噪声等方面的性能瓶颈,为未来超高速芯片的发展提供了重要解决方案。

文章截图

在当今信息时代,电子系统对高速与宽带性能的需求呈爆发式增长。传统电子技术生成高频信号时问题重重,带宽窄、信号易失真、功耗高。在光电子系统里,光学合成信号和电子时钟的频率严重不匹配,导致同步困难。这不仅降低处理精度,还减慢信息传输速度。虽然之前也有同步策略,可大多需要额外硬件和复杂操作,难以广泛应用。为攻克这些难题,研究团队联合研发出基于片上微梳的振荡器,用于光电子系统同步。该振荡器结合集成超高Q值谐振器的微梳和自注入锁定技术,能合成覆盖从兆赫兹到105GHz的微波信号,给系统提供共享时频参考,让光学和电子信号自然同步。

研究团队进一步展示了基于该芯片的多波段通感一体系统,通过单一芯片实现了5G、6G、毫米波雷达等不同电磁波波段的多种功能,并可在传感和通信两种模式间灵活切换。这一创新设计不仅简化了硬件结构,还大幅降低了系统的复杂性和成本。该系统实现了厘米级别的感知精度,和调制格式高达256-QAM的6G通信。

光电系统时频同步策略

未来,这项技术有望在多个领域得到广泛应用。例如,在处理器芯片中,该方案可以将时钟频率提升至100G以上,提供远超目前芯片的算力;在手机基站中,它可以显著降低设备的能耗和成本;在自动驾驶领域,毫米波雷达的集成化设计将有助于提升感知精度和响应速度。该技术的突破将为通信和感知领域带来革命性的变化,推动相关行业的快速发展。

该论文的共同第一作者为北京大学电子学院博士后张祥鹏、博士研究生张绪光和陈玉君。常林、李王哲和加州大学圣巴巴拉分校John E. Bowers教授为论文的共同通讯作者。主要合作者还有北京大学电子学院王兴军教授,胡薇薇教授,博士后劳成昊,博士研究生周子璇、黄佳辉,加州大学圣巴巴拉分校Warren Jin博士,中国科学院空天信息研究院董婧雯副研究员、马尉超副研究员和刘宸钰一级助理研究员。该工作由北京大学电子学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室作为第一单位完成。(来源: 北京大学)

2.同济大学牵头的课题“上海人工智能领域推进教育、科技、人才协同发展的策略研究”启动

如何推进教育科技人才“三位一体”协同发展,助力上海加快打造人工智能创新高地?3月4日下午,由同济大学校长、中国工程院院士郑庆华领衔的上海市科委软科学重点课题“上海人工智能领域推进教育、科技、人才协同发展的策略研究”项目启动会在同济大学举行,郑庆华作主题报告。

潘云鹤院士、柴洪峰院士、蒋昌俊院士、上海市科学技术委员会副主任屈炜、上海市教育科学研究院院长桑标、上海交通大学副校长蒋兴浩、上海市教育委员会高教处处长杨颉等出席会议,会议由同济大学副校长、中国工程院院士童小华主持,同济大学副校长赵宪忠代表学校致欢迎辞。来自复旦大学、浙江大学、西安交通大学、同济大学、上海人工智能实验室、云深处科技、上海市中国工程院院士咨询与学术活动中心的专家学者,以及上海市教育委员会、上海市科学技术委员会有关部门负责人参会。

郑庆华作了题为《上海人工智能领域推进教育、科技、人才协同发展的策略研究》的主题报告,从国家战略需求出发,剖析了人工智能技术对教育模式革新、科研范式转型及人才培养体系重构带来的深远影响,介绍了课题的主要研究内容。他表示,课题组将聚焦分析上海人工智能产业聚集区人才缺口、破解“产教错配”难题、研究教育科技人才协同堵点、提出制度创新建议等核心任务,助力上海建设人工智能教育科技人才“三位一体”协同发展的创新高地。

课题组成员汇报了研究方案和推进计划。项目将聚焦教育、科技、人才、产业、区域五大维度,围绕当前人工智能领域面临的技术挑战与人才需求、高校培养人工智能人才的主要方式、教育科技人才链接的堵点难点、上海市推进人工智能发展的策略分析等核心议题,通过高端访谈、专题调研、国际比较、实证分析等方式开展课题研究工作,力争形成具有价值的对策建议。

在交流讨论环节,与会院士专家聚焦人工智能时代教育、科技、人才协同发展的核心命题,围绕通用大模型和学科专用大模型、人工智能创新生态经验、破解产教错配难题、高校评价制度改革等重点议题展开深入研讨,从锚定国家需求与上海定位的战略升维、构建产教融合新生态的机制突破、破解评价体系与场景落地瓶颈等方面建言献策。

郑庆华在总结讲话中表示,课题组将面向国家所需、上海所需,重点聚焦四大行动:一是凝聚政产学研共识,将政府战略、高校智识、企业诉求深度耦合;二是破解跨界协同难题,直面上海人工智能人才供给挑战,尤其针对高校内部学科壁垒,努力以产业需求重构科研组织模式;三是从课程体系、师资能力、学生科创项目等教学末梢切入改革,通过企业“需求清单”倒逼高校人才培养方案更新;四是坚持理性对标与务实改革,既开展国际比较,也与国内城市对标,明确“高校育人、企业创新”的生态分工。同济大学将联合兄弟院校、企业深化合作,为上海人工智能发展提供有力支撑。(来源: 同济大学)

3.中国科学院半导体所等在层状半导体材料的拉曼散射理论和实验方面取得重要进展

拉曼散射是探测材料中元激发(如声子)和电子(激子)-光子、电子(激子)-声子相互作用不可或缺的工具。在声子拉曼散射的量子图像中,入射光子首先激发一系列中间电子激发态,然后产生或者吸收声子并放出能量移动的散射光子。这些中间电子激发态不仅在拉曼散射量子路径中发挥着重要作用,也决定了电子-光子、电子-声子相互作用矩阵元。由于光波长一般远大于原子尺度,这些相互作用矩阵元可以用多级展开来估计。20世纪60年代,R. Loudon通过保留上述多级近似中的第一项,即电偶极近似,建立了基于群论对称性分析的拉曼张量,构成了拉曼选择定则的基础。基于该近似的层间键极化率模型可以很好地理解超薄层状材料(如少层石墨烯,Nat. Mater. 2012, doi: 10.1038/Nmat3245和少层MoS2,Phys. Rev. B 2013,doi: 10.1103/Physrevb.87.115413等)以及具有跨维度电声耦合属性的范德华异质结(如WS2/hBN, Nat. Commun. 2019, doi: 10.1038/s41467-019-10400-z)中层间声子的相对拉曼强度。在超薄层状半导体材料中,实验中只能观察到拉曼活性的奇数支层间呼吸声子模,而拉曼禁戒的偶数支层间呼吸声子模是观察不到,这完全符合基于对称性的拉曼选择定则。在这种图像中,电子-光子矩阵元与光子波矢无关,因此上述实验结果与激发光的波长无关。近60年来,正如超薄层状半导体材料所揭示那样,基于电偶极近似的理论框架几乎可以理解所有的拉曼散射结果。

最近,中国科学院半导体研究所谭平恒研究团队利用所开发的低至2cm-1的超低波数、超高光谱分辨的拉曼光谱技术研究了较厚层状半导体材料(如WS2、MoS2、MoSe2和MoTe2等)的层间呼吸声子模式。研究发现,当激发光与层状半导体材料的C激子能量共振时,实验上观察到了传统拉曼禁戒的偶数支层间呼吸声子模,且其强度受到材料厚度,激发光波长以及材料与衬底间折射率失配度所调制。这些实验结果无法用基于电偶极近似的理论框架来解释。由于体系电子能带结构的复杂性,也难以分析拉曼散射理论相互作用矩阵元多级展开的高阶项,并对实验结果进行定性解释。

事实上,层状半导体材料层间呼吸模的原子位移场在沿着平面外c轴方向所形成驻波使得层状半导体材料是天然的声子腔。随着层状半导体材料厚度增加,其声子腔的驻波波矢就可能与光子波矢大小相当。这就使得R. Loudon所提出电偶极近似理论的前提条件不再成立,破坏了基于电偶极近似所确定的拉曼选择定则,从而使得在实验上观察到了传统拉曼禁戒的偶数支层间呼吸声子模。层状半导体材料还是天然的光学腔,激发光和拉曼信号在材料上下表面多次反射和折射使得光场强度在空间上沿c轴将重新分布。以上声子腔和光学腔效应的共同作用,导致了空间调制的光子-电子相互作用和电子-声子相互作用,使得层间呼吸声子模的强度受到材料厚度,激发光波长以及材料与衬底间折射率失配度所调制。

基于上述理论,作者进一步提出了包括空间调制光子-电子和电子-声子相互作用的光子-声子耦合空间相干模型,系统考虑了声子腔驻波波矢与光子波矢的匹配度,以及包含光学腔中光子-电子相互作用和电子-声子相互作用的前向和背向传播分量的空间调制干涉增强和干涉相消效应。该模型可对层状半导体材料拉曼禁戒声子模的强度与其材料厚度(如附图所示)、激发光波长和衬底的依赖性进行定量解释。

(左)传统电偶极近似理论所计算的层间呼吸声子拉曼强度随材料厚度的演化规律;(中)光子-声子耦合空间相干模型所计算的层间呼吸声子拉曼强度随材料厚度的演化规律;(右)实验上所观察到奇数支(空五星,拉曼允许)和偶数支(实五星,传统理论拉曼禁戒,新理论拉曼允许)层间呼吸声子模 (DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.096903)

该项研究成果于近期在线发表于Physical Review Letters《物理评论快报》(DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.096903)。半导体所林妙玲研究员为该论文的第一作者,谭平恒研究员为该论文的通讯作者,管闪副研究员、骆军委研究员和汪林望研究员在层状半导体材料的能带结构计算方面提供了重要支持;英国剑桥大学Andrea C Ferrari教授在实验结果分析方面也做出了重要贡献。该成果阐述了超越基于传统电偶极近似拉曼张量理论之外的全新光子-声子耦合拉曼散射理论,揭示了光子腔和声子腔工程所调控的光子和声子场空间相干性对声子激发的影响及重要性。

该研究工作得到了科技部国家重点研发计划,中国科学院战略性先导科技专项(B类),国家自然科学基金委青年科学基金项目(B类)等大力支持。(来源: 中国科学院半导体研究所)

4.合肥工业大学在柔性传感器研究方面取得系列新进展

近日,合肥工业大学微电子学院/安徽省MEMS工程技术研究中心许高斌教授课题组在柔性传感器领域取得了多项研究突破,相关成果相继发表于国际知名期刊Nature子刊《Microsystems & Nanoengineering》与《Sensors and Actuators A: Physical》上。通过跨学科的创新设计与材料组合,研究团队成功解决了柔性传感器在高性能、低成本和可靠性方面的诸多挑战,推动了柔性电子技术的发展。

团队基于柔性热电偶传感器仅限于接触式监测温度的特性,提出了柔性双模式温度监测传感器。在温度传感领域,传统的柔性热电偶传感器由于聚合物材料的热电性能有限以及无机材料的固有刚性,常面临着灵活性和性能之间的权衡问题。针对这一难题,课题组提出了一种基于PEDOT:PSS/CNTs和MXene/Bi₂Se₃复合材料的柔性热电偶传感器(FTCS),该传感器采用了丝网印刷和压缩技术,应用于纸/PDMS/Si₃N₄(PPSN)复合基底上。研究表明,该传感器在接触模式下具有优异的温度灵敏度(379.5μV/°C)、宽广的检测范围(20-200°C)、高分辨率(约0.3°C)以及快速响应时间(约12.6ms)。在非接触模式下,传感器依旧展现了良好的性能,最大灵敏度为52.67μV/°C,响应时间更短(约9.8ms)。这项研究突破了柔性热电偶传感器的性能瓶颈,尤其在可穿戴设备和锂电池温度监测领域展现了重要应用潜力。该项成果以“Dual-mode temperature monitoring using high-performance flexible thermocouple sensors based on PEDOT:PSS/CNTs and MXene/Bi2Se3”为题于发表在《Microsystems & Nanoengineering》。

图1.柔性双模式热电偶监测传感器的示意图和实物图

团队仿照贝壳层结构提出了新型的仿生柔性基底。柔性基底在柔性电子设备中起着至关重要的作用,不仅提供支撑和灵活性,还直接影响到传感器的稳定性。传统的柔性基底在大规模生产和成本控制方面仍面临挑战。为了解决这一问题,课题组受自然界珍珠壳“砖-砂浆”分层结构的启发,提出了一种新型的PPSN柔性基底。该基底采用纸/PDMS/Si₃N₄纳米颗粒复合材料,并通过拓补互锁技术,实现了优异的热稳定性和机械稳定性。研究表明,PPSN基底在经过1万次弯曲循环后依旧保持形态完整,具有良好的耐热性,疏水角超过了125°。此外,该基底能够有效消散热应力,并在300°C下保持低于较低的热膨胀系数,满足高性能柔性传感器的要求。该技术的突破将为柔性电子器件的低成本、大规模生产提供新的解决方案。该项成果以“Nacre-inspired hierarchical bionic substrate for enhanced thermal and mechanical stability in flexible applications”为题发表在《Sensors and Actuators A: Physical》。

图2. PPSN基底的实物图以及结构示意图

团队基于柔性温度传感器易受应力影响的问题提出了抗应力形变的柔性热敏电阻传感器。柔性热敏电阻传感器因其卓越的热敏性能和良好的柔性,广泛应用于应变监测和动态温度测量。课题组针对该领域的挑战,提出了一种基于碳纳米管(CNTs)与MXene复合材料的新型FTS传感器,并结合创新的PPSN柔性基底,实现了低成本、抗压和宽温检测范围(-20°C至220°C)的优势。实验结果表明,该传感器具有出色的热灵敏度(-0.52%/°C)、卓越的温度分辨率(约0.3°C)、快速响应(约300ms)和恢复时间(约3s),在2000次弯曲疲劳测试后依旧保持稳定性能。此外,FTS传感器在不同环境条件下,如压缩、水底和曲面上,表现出色。课题组还成功地将其应用于锂电池温度监测、人类体温检测及环境温度监测,具有广泛的应用前景。该项成果以“A strain-resistant flexible thermistor sensor array based on CNT/MXene hybrid materials for lithium-ion battery and human temperature monitoring”为题发表在《Sensors and Actuators A: Physical》。

图3.柔性热敏温度传感器的实物图以及在锂电池温度监测和人体温度监测的应用图

课题组的研究得到了国家重点研发计划以及安徽省科技创新攻坚计划等项目的资助与支持。通过不断优化材料和工艺,许高斌教授课题组的工作为先进制造和集成传感器技术的发展奠定了基础。柔性传感器作为下一代智能设备/人形机器人的核心组成部分,具有极大的应用潜力。随着柔性传感器在可穿戴设备、智能家居、环境监测等领域的应用逐渐深入,它们将在更广泛的领域中发挥重要作用,推动现代科技向更加智能化、便捷化方向发展。(来源: 合肥工业大学)

5.电子科技大学在ISSCC 2025会议发表重要研究成果

2月16日-20日,第72届国际固态电路会议(IEEE International Solid-State Circuits Conference, ISSCC)在美国旧金山召开,集成电路科学与工程学院模拟与混合信号电路研究组在该会议上发表2篇学术论文。研究内容涉及模数转换器(ADC)和时钟参考源芯片。

论文一:A Fully Dynamic Noise-Shaping SAR ADC Achieving 120dB SNDR and 189dB FoMs in 1kHz BW.

该工作发表于2025年ISSCC会议的Noise-shaping and SAR-based ADCs分会场。集成电路学院2023级硕士生赵晗和2022级直博生张煊昊为论文共同第一作者,通讯作者为刘佳欣特聘研究员,电子科技大学为论文第一单位。

微瓦级功耗和千赫兹量级带宽的高分辨率ADC在便携式仪器、植入式设备和智能传感器中有着广泛的应用。面对此类需求,研究团队提出了一系列创新措施,研制出一款全动态工作的低功耗高精度噪声整形ADC芯片。该芯片采用动态原件匹配和误差反馈混合的失配误差整形方法,高效解决了DAC失配的问题;采用基于三电平开关策略的动态原件匹配技术,在解决电容失配的同时,将功耗降低了一半;采用基于悬浮放大器的积分器实现了全动态操作,消除了静态功耗;采用全局斩波技术抑制低频噪声并进一步改善线性度。该ADC芯片实测达到了120.6dB的信噪失真比(SNDR)和132dB的无杂散动态范围(SFDR),这两项指标均为目前学术界报道的最高水平;芯片整体功耗仅139.1μW,且功耗随采样率可等比缩放,Schreier FoM为189dB,达到了现有ADC芯片中最高的能效优值。

图1 ADC系统架构图

图2 ADC芯片照片及其在ADC性能统计图中的位置

论文二:A 0.4μW/MHz Reference-Replication-Based RC Oscillator with Path-Delay and Comparator-Offset Cancellation Achieving 9.83ppm/℃ from -40 to 125℃

该工作发表于2025年ISSCC会议的Analog Techniques分会场。集成电路学院2022级博士生刘悦多为论文第一作者,通讯作者为杨世恒研究员,电子科技大学为论文第一单位。

该工作研制出一款高精度高鲁棒性RC时钟参考源芯片。创新性地提出了一种基于参考源复制技术的比较器失调与路径延时消除方案,解决了传统开环RC振荡器温度与电压稳定性较差的问题;集成动态功耗调节技术,提升了整体能量效率。该芯片采用65nm CMOS工艺,在0.8V的供电电压下实现了高温度稳定性(9.83 ppm/℃),超低功耗(0.4 µW/MHz)和小面积(0.0085 mm2)。同时达到了目前RC振荡器芯片最高的174dB温度-功耗FoM和285dB功耗-抖动FoM。这一技术为物联网,电子通讯等领域的时钟芯片提供了新的解决方案。

图3 本研究提出RC振荡器的工作流程

图4 本研究的芯片图与面积功耗占比

国际固态电路大会(ISSCC)是国际集成电路领域的顶级会议,每年2月中旬在美国旧金山召开,是国际公认的规模最大、最权威的芯片设计领域学术会议,有着“芯片奥林匹克(Chip Olympic)”的美誉。历史上入选ISSCC的论文都代表着当前全球顶尖水平,展现出芯片技术和产业的发展趋势,许多集成电路领域里程碑式的发明与技术突破均在该会议首次发布。(来源: 电子科技大学)