针对中科院八大重大创新领域中的信息和基础前沿交叉

针对中科院八大重大创新领域中的“信息”和“基础前沿交叉”领域，充分发挥我所在电子科学与技术、信息与通信工程两大学科优势，解决智能感知微系统、超导量子器件与电路、高端硅基材料等方向的重大关键科学和技术难题，实现创新跨越并推广应用，成为信息网络/通信（ICT）领域不可替代、“四个一流”的国立研究机构。重大突破方向一：智能感知微系统针对网络化微型传感器阵列、多源传感信息融合与大数据分析的基础科学问题开展系统研究，突破如下关键技术：1、阵列化复合传感器技术：研制微型化复合型阵列传感器，将物理类传感器如震动、声响、图像、红外等传感器与生化类、环境类等传感器相结合，实现多种信息的收集与识别，发挥阵列传感器在信号处理方面的优势，综合采用MEMS微系统集成技术的特点，围绕微型化、低功耗和低成本需求，突破传统器件、系统分层设计理念，将传感探测、信息处理和信息传输作为一个整体考虑，进行一体化优化设计，逐步将微执行器如电磁干扰器、微动部件等集成为可探测、执行的微纳系统。2、通信技术：研究适合于传感网的地表宽带通信技术、光互联技术、软件无线电技术，在此基础上发展频谱感知技术并最终实现自适应的通信、电磁目标感知技术；研究5G移动通信技术与物联网传输的统一协议标准设计，实现5G通信与物联网的深度融合。3、一体化技术：开展一体化封装技术研究和专用基带、射频芯片、协议芯片及信号处理芯片的研制，实现软硬件一体化集成和传感装备核心芯片的国产化。4、多源信息融合技术：从目标识别和定位出发，按照节点级、网络级、多源信息来源开展多目标智能化探测、识别分类及多级融合技术，分布式目标定位、跟踪与航迹融合技术，研究在不同环境条件下的智能目标探测与识别算法，最终实现混合目标的航迹融合功能，实现人员、车辆等多种混合目标的精细化识别、精确定位、分类和自动融合处理。5、网络技术：以自组网技术为基础，研究异构自组织网络，实现多体制下的大规模灵活组网方式，最终构建可重构、高抗毁、大数据、大容量的网络规模，提升系统的情报融合、态势评估及实时预警能力。重大突破方向二：超导量子器件与电路重点开展量子新材料与物理、超导电子器件与电路和超导电子学前沿应用探索三个方面研究。核心科学问题：超导库珀电子对的配对机理以及空间、位相和激发控制；超导器件噪声机理。关键技术：包括高质量薄膜制备和表面/界面控制、高精度多域原位材料表征、单元工艺和大规模集成工艺、超导电路设计与仿真以及系统集成、测量表征和可靠性等内容。成果形式：包括高水平研究论文、高性能超导薄膜、器件、电路、模块、系统以及相关的核心专利和专有技术等。成果在国内处于领先地位，并有望产生重要国际影响。重大突破方向三：高端硅基材料及应用1、先进硅基衬底材料：开发下一代智能剥离技术，制备8寸RFSOI片，在新傲实现产业化，配合我国FDSOI发展战略，开发12寸FDSOI片；引进、消化、吸收、再创新12寸大硅片量产核心技术，在新昇实现产业化；开发离子注入剥离/层转移和异质外延硅基宽禁带半导体衬底制备技术，并研制硅基宽禁带半导体器件。2、高可靠SOI集成电路：开发高可靠加固8英寸SOI衬底工程化技术；开发高可靠加固8英寸130nm SOI模型、PDK、单元库及IP等关键技术；设计高可靠SOI集成电路。3、集成硅基光电子技术：开发异质集成技术，研发混合集成片上光源，开发全光集成芯片；开发部分集成的功能集成光收发芯片，满足数据中心和超级计算机市场所需；探索片上光子超控与量子通讯机理，为硅光子未来应用储备技术。重点培育方向一：特种宽带无线通信技术与装备1、轨道角动量无线通信关键技术研究：涡旋电磁波的产生与接收、轨道角动量（OAM）复用对通信容量的影响、OAM模式的复用和解复用、大气的非均匀性和电离层对涡旋电磁波的影响、涡旋电磁波抗干扰能力等。2、信能共输无线通信关键技术研究：基于信息和能量同时传输的无线携能通信系统体系架构、新型信息调制、能量中继、小功率高效整流天线等关键技术。3、高铁专用宽带无线通信技术研究：针对高铁车地宽带无线通信需求，进一步优化抗多普勒技术、专用切换技术等关键技术，完成新一代车地无线通信系统。4、智能电网专用宽带无线通信技术研究：针对配电、用电、输电无线通信需求，进一步研发频谱自适应技术、密集终端接入、大规模自组织等关键技术，完成电力专用无线通信系统研制。5、特种宽带无线通信技术研究：针对各类特种应用模式与具体需求开展技术攻关，重点突破高速广域覆盖、热点海量连接、低时延高可靠、全频谱一体化等难点，实现宽带无线技术体制从“通装”向“专装”的进一步深入发展。重点培育方向二：微纳传感技术与器件研究的主要科学问题包括：1、面向新一代Combo复合集成传感器，建立能量耗散最小化的模型，实现高精度、高集成度和技术的国际竞争力；2、面向多种不同生化检测原理，建立体现内在关联性的联合检测方法和模型，实现先进的微系统集成方法；3、探索出生化分子敏感表象背后的物理化学参数表征与优化方法，建立新的敏感效应设计模型，彻底改变目前基于“试错法”的生化敏感材料与敏感效应落后研究方法，将生化传感器的实用化水平提升到接近物理传感器的水平；4、探索出与生命体和细胞真正兼容的新敏感方法和敏感效应，探索出新一代体内植入和可控降解的医疗传感新材料、新工艺和新的敏感效应器件。突破的关键技术包括：1、开创出具有中国标签的、具有完整知识产权的标准Combo传感器芯片先进集成制造工艺；2、将高真空封装融入到芯片内部的结构制造中去；3、采用微纳米技术兼容集成的方法，将检测仪器微系统化形成类似现场传感器的产品化技术，在提高检测速度的同时，尽量不降低检测性能。重点培育方向三：相变存储器与应用科学问题：低功耗、高速、稳定的相变存储单元电学、热学、结晶学机理关键技术：1、热稳定好的相变存储材料与小尺寸制备方法：具体有抑制相变材料氧化与扩散的介质材料；稳定、高热阻、高电导的电极材料，防氧化纳米结构制备。2、高驱动、低漏导、一致性好的开关二极管：其与CMOS兼容的小尺寸与高密度，保持一致性，高电导的字线，减小漏导与串扰的器件结构与整列结构，以及3D器件结构的设计与实现。3、低功耗、存储性能稳定的设计方法：具体包括，低功耗的全电路设计参数，抑制阻值分散读、写、擦操作方式，提高寿命磨损算法、提高速度的数据缓存算法，提高成品率的冗余算法。重点培育方向四：太赫兹固态技术科学问题：1、THz 量子级联激光器（QCL）主动锁模和相位锁定与THz QCL的频率和幅度调制行为；THz辐射源和探测机理，THz波与物质相互作用；2、以平面肖特基（SBD）器件为核心的THz单片电路，THz 室温固态集成频率源倍频方法，二极管多管级联电流分配机理与电流饱和效应，二极管功率负载效应。关键技术：1、THz固态器件。新型THz固态器件设计；大功率、小型化、高光束质量THz QCL研制；高灵敏THz量子阱探测器（QWP）及其上转换成像芯片研制；THz通信用单行载流子光电二极管（UTC-PD）等器件研制。2、THz应用模块和系统。实用化THz辐射源和探测模块制备；高速THz通信技术研究；多频段、多体制小型化YX探测器相关器件工程化与弹载应用验证；E/Ka/60GHz-Band无线接入和基站回传通信；THz远距离大视场动态成像。重点培育方向五：类脑芯片与仿生视觉以仿生视觉传感器作为突破口，从生物学和理工学两个方面、研发类似于人类五官的传感器和相当于手脚的执行器的仿生视觉系统。1、神经芯片：基于微系统所的核心技术“可实现任意线性传递函数的神经细胞等价电路和数学模型”设计神经网络，进行可实现运动控制功能的仿生小脑、以及可实现反射控制的仿生中脑的研发，实现国际最先进的通用型机器人学习控制系统。2、仿生眼：以微系统所现有核心技术“双眼视觉控制系统”为基础，进行泛用型仿生眼的研制，实现在定位、检测、查寻、识别等整体性能上达到世界最高水准的立体视觉传感器。3、通用机器人模块：基于以上两方面的研究成果和微系统所的核心技术“机器人软件操作系统Spark-OS、智能马达控制器”，融合现有人工智能以及机器人领域的原理与技术，完成仿生大脑模块、仿生中脑模块、仿生小脑模块、仿生脑干模块、仿生眼模块、仿生耳模块、仿生皮肤模块、通用关节模块的开发，实现智能系统通用的传感器、执行器、处理器的模块化系列产品，促进我国机器人脑智研发成果的标准化与模块化的更快发展。4