教育部工程研究中心年度报告（2019年 1月——2019年 12月）

工程中心名称：微纳光电子材料与器件教育部工程研究中心所属技术领域：信息与电子工程工程中心主任：康俊勇

工程中心联系人/联系电话：蓝小凌/18506928456依托单位名称：厦门大学

2020年 4月 17日填报

编 制 说 明一、报告由中心依托单位和主管部门审核并签章；二、报告中主管部门指的是申报单位所属国务院有关部门

相关司局或所在地方省级教育主管部门；三、请按规范全称填写报告中的依托单位名称；四、报告中正文须采用宋体小四号字填写，单倍行距；五、凡不填写内容的栏目，请用“无”标示；六、封面“所属技术领域”包括“机械与运载工程”“信

息与电子工程”“化工、冶金与材料工程”“能源与矿业工程”“土木、水利与建筑工程”“环境与轻纺工程”“农业”“医药卫生”；七、第八部分“年度与运行情况统计表”中所填写内容均

为编制周期内情况；八、报告提交一份WORD文档和一份有电子章或盖章后扫

描的 PDF文件至教育部科技司。

一、技术攻关与创新情况本中心瞄准微纳光电子材料与器件研究领域的热点和重点问题，结合国家

光电子产业发展的需要，特别是围绕光电子产业链所遇到的科学和技术难题，深入开展微纳光电子材料及应用研究，着力开展以 III族氮化物、SiC为代表的第三代半导体材料、砷化物和 GeSi为代表的传统半导体材料以及以石墨烯为代表的二维结构材料的外延生长技术研发，开展新型高能效固态光源、高温大功率电子元件以及高效光电转换器件制备技术研发；突破一批关键共性技术、形成一批优势产品；发挥学科优势，建成微纳光电子材料与器件领域一流的多学科交叉的研发实体，促进相关研发成果向产业转化，完善地方光电产业链；培养多层次创新、创业人才，为区域光电子产业提供技术支撑，保障地方乃至国家光电产业的可持续发展。本年度中心在研项目 50余项，到账经费近 4200 万元，其中纵向经费

3938.35万元，横向经费 249.5万元。持有有效发明专利 59项，其他知识产权 9项。相关科研成果获得中国轻工业联合会科学技术奖一等奖一次 1项、福建省科技进步二等奖 1项。在人才培养方面，以研发项目为牵引，科技创新与实践创业相结合，培养和激发学生的创新与创造力，获得了显著成效。同时，积极鼓励并指导学生参加创新创业大赛、电子设计大赛等，取得了优异成绩。2019年共获得全国赛一等奖 5项、三等奖 1项，国际赛事三等奖 1项，华东赛区二等奖 1项，福建省级一等奖 1项。中心在高效光电转换器件制备、新型高能效固态光源、低维光电子材料与

器件制备方面取得了多项关键技术突破，具体如下：6英寸 4H-SiC厚膜外延生长新技术：SiC材料以其优异的物理和化学特性

决定了 SiC功率电子器件在高压、高温、高效率、高频率、抗辐射等应用领域具有极大的优势，已成为军民两大领域必不可少的战略物资，是各国竞相发展的战略制高点。随着器件耐压等级的提高，所需外延层厚度也逐渐增加；同时，为了降低器件制备成本，增大晶圆尺寸是主流趋势。然而，随着晶圆尺寸的增大，片内温度梯度增大，外延膜层的结构和粗糙度不易控制，缺陷的抑制难度增大；径向的源气耗尽差距加大，片内厚度和掺杂浓度分布均匀性难以保证。针对这些问题，中心着重攻关 6英寸 4H-SiC厚膜同质外延生长技术，取得了重要突破。基于台阶流生长模式，结合第一性原理模拟计算，深入研究了 SiC外延生长动力学，探讨生长过程中基面位错、滑移形成界面位错以及半循环位错的形成机理。在此基础上，开发出化学势调控生长单体的 6英寸 4H-SiC厚膜同质外延生长新技术，实现了零基面位错的 6英寸 4H-SiC厚膜外延，其总表面形貌缺陷密度仅约 0.31cm-2，2mm×2mm管芯良率为 98.7%，片内厚度和浓度不均匀性分别为 0.26%和 4.49%。

硅基锗锡量子点发光材料及锗纳米线光电探测器：硅光子技术是后摩尔时代信息领域颠覆性技术之一，然而，到目前为止硅基光源仍然是实现硅基光电子集成芯片的瓶颈。针对这一问题，提出锡扩散诱导晶化制备锗锡量子点的新

方法，利用纳米尺度可突破锗锡互溶度低的制约、量子点内部缺陷少和对外部位错不敏感等特点，制备出尺寸和分布无匀锗锡量子点直接带隙发光材料，发光波长在 1.55 μm。有望用于研制硅基锗锡量子点激光器。此外，提出三维锗浓缩技术制备硅基锗纳米线的方法，利用应变工程提高锗在红外波段的吸收系数，研制出宽光谱锗/锗硅异质结构纳米线光电探测器，实现高灵敏度光响应。相关成果发表在 Appl. Phys. Exp. (2019, 12, 055504)和 Optics Express (2019, 27, 32801)。

Micro-LED量子点/纳米环新型结构器件：提出了一种新型量子点/纳米环结构的Micro-LED器件为Micro-LED全彩化显示的应用提供了一种新思路和新方法。该工作发表于 Photonics Res. (2019, 7, 416)，得到了学界的广泛认可，被选为 2019年 4月份的期刊封面文章，并进入 Most Cited Articles in Photonics Research榜单第七名，还得到诺贝尔奖得主中村修二教授所发 3篇论文的正面引 用 。 该 工 作 也 引 发 了 Micro-LED 产 业 界 的 关 注 ， 得 到LEDinside、Semiconductor Today等多家行业资讯平台的报道。LEDinside平台还在年度总结《2019全球Micro LED热点事件盘点》中着重介绍了该项研究成果。

LED结温测试新方法：该方法采用连续矩形波驱动 LED、高精度示波器采集数据，有效减少了传统正向电压法(FVM)中开关切换和数据采集延迟引起的测试误差，测试结果更为精确可靠。解决了业界长期以来 LED结温测试偏差的问题。该工作发表于 IEEE Transactions on Power Electronics, (2019,34, 10414)。

二、成果转化与行业贡献1. 总体情况中心积极为区域光电子产业提供技术支撑，促进成果转化。在氮化镓基材

料外延及其高光效白光 LED制备技术、AI深度学习技术、石墨烯基复合导热材料、以及智能光色调控高品质 LED 健康照明关键技术等方面实现了工程化应用，开发了高光效白光 LED、基于AI技术的工业视觉检测、石墨烯基复合导热材料散热器等产品。为三安集成电路有限公司、瀚天天成电子科技 (厦门)有限公司提供技术支撑，加速其碳化硅功率器件研发及产业化进程；助力厦门华联电子提升制造业服务能力；为乾照光电、光莆电子以及信达光电提供紫外 LED的外延和封装技术开发支撑与咨询服务，加速其紫外 LED产品研发进程；向乾照光

电、天马微电子提供像素级微 LED芯片表面亮度色度检测技术和非接触式微芯片阵列电特性检测技术的研发设计咨询与技术开发支撑等服务，提升 Micro-

LED效率和良品率。此外，还为相关企业人员提供了累计 200余人次的技术培训服务。

2. 工程化案例（1）氮化镓基第三代半导体照明用材料及高光效白光 LED产业化半导体固态光源发光效率高、寿命超长、环境友好，已成为新技术和产业

增长点。中心半导体固态光源工程化团队依托乾照光电有限公司，长期以来致力于半导体固态光源产业化，着重开展高功率 GaN基蓝绿光 LED、高光效白光LED以及高亮度 InGaAlP四元系红黄光 LED产品开发。本年度承接了氮化镓基第三代半导体照明用材料及高光效白光 LED器件产业化项目，旨在提升白光LED器件的发光效率，产品性能达到国内领先水平。不仅可满足 LED 照明技术和市场快速发展的新需求，推动半导体照明用的 LED芯片国产化进程，降低终端应用产品的生产成本，促进产业健康发展，培育企业新的利润增长点。

（2）AI深度学习技术应用于工业视觉检测领域与厦门福信光电集成有限公司合作完成了用于 TFT-LCD电路检测的基于卷

积神经网络的电路缺陷识别方法（AI），研制了国内最早一批将 AI深度学习技术应用于工业视觉检测领域的标准产品。在工业视觉检测中，融入 AI人工智能，使其具有超越传统解决方案的能力，胜任更具有挑战性的应用，具有超高的可复用性，有利于快速解决项目问题，项目实施周期缩短一半以上。因此，该技术深受企业用户的认可，已经在厦门友达、浦东天马、深圳天马、苏州友达和

福州华映等国际主流面板厂家进行批量部署和应用。而且，随着数据量的增加，AI人工智能检测的准确度将继续得到优化，以实现对生产质量数据的完全控制，并为过程优化和过程提供关键数据支持。基于 AI技术的有效实施，福信光电集成有限公司获得本年度厦门市产业转型升级专项资金（人工智能技术攻关）项目，同时该产品获得本年度福建省首台(套)智能制造装备认定。

（3）石墨烯基复合导热材料及其应用石墨烯因其优异的导热性能和二维几何结构，使得其成为一种优异的导热

复合材料填充物。本中心石墨烯+工程化基地在石墨烯导热性能研究以及宏量低成本制备石墨烯粉体技术的基础上，采用真空密炼技术，经过两年的攻关，解决了石墨烯分散、石墨烯与聚合物耦连等技术难题以及石墨烯在塑料中的导电渗流阈值问题，开发出石墨烯/环氧树脂、石墨烯/尼龙等复合导热塑料。所开发出绝缘（耐压> 4000V）复合导热塑料的热导率高达 20W/mK，其导热性能远高于电子市场上常见的产品（一般为 2-7W/mK）。在此基础上，已开发出 LED散热器覆盖路灯、隧道灯、球场灯、高棚工矿灯等，以及新能源电池的热管理和安防监控设备散热组件等产品，并进行了小批量生产。

（4）智能光色调控高品质 LED健康照明关键技术及其产业化联合厦门多彩光电子科技有限公司、厦门立达信照明有限公司、厦门华联

电子股份有限公司三家企业申报的“智能光色调控高品质 LED 健康照明关键技术及其产业化”项目，荣获 2018年福建省科学技术进步二等奖（奖励日期：2019年 9月）。并与立达信公司共同获得 2018年中国轻工业联合会科学技术进步奖一等奖（奖励日期：2019年 2月）。

3. 行业服务情况（1）加速碳化硅功率电子材料研发及产业化进程第三代宽禁带半导体碳化硅(SiC)材料，具有高击穿场强，高电子迁移率和

高热导率等特性，其制备的功率器件在高温，高频和高效上有着 Si器件无法比拟的优势，特别是 SiC MOSFET相比于 Si IGBT，工作频率更高，开关损耗更小，工作温度更高，能极大提高系统的功率密度。中心针对该产业的关键技术，尤其是低缺陷密度、高均匀性外延生长技术以及 SiC MOSFET设计与关键工艺进行研发，获得较好的成果。中心与厦门市三安集成电路有限公司、瀚天天成电子科技(厦门)有限公司、厦门芯光润泽科技有限公司、厦门金龙汽车新能源科技有限公司联合申请 2019年度厦门市重大科技项目，攻关“碳化硅功率器件研发及产业化”（获批金额 2000万元），有望推动 SiC功率模块在首先在新能源汽车上批量应用。

（2）“芯片级封装研究”助力 LED封装企业提升制造业服务能力芯片级封装 LED，是福建 LED产业布局下一代封装技术并推动实现产业化，

补齐产业链中游封装短板的有利时机。芯片级封装 LED与福建的下游应用产业高度重合，能够有效衔接 LED产业链上中下游的本地化。中心与厦门华联电子股份有限公司联合申报的“高能效芯片级封装 LED新技术及其产业化”项目已经获得省科技厅立项支持。项目通过开展芯片级封装 LED技术提升，解决共性关键问题，使企业掌握核心技术，增加了福建省 LED产业的长期竞争力。此外，本中心联合厦门多彩光电子科技有限公司、厦门立达信照明有限公司、厦门华联电子股份有限公司三家企业申报的“智能光色调控高品质 LED 健康照明关键技术及其产业化”项目，荣获 2018年福建省科技进步二等奖。

（3）“高光谱检测”助力提升Micro-LED效率和良品率本中心针对显示产业最前沿技术需求，通过向厦门市光电企业提供像素级

微 LED芯片表面亮度色度检测技术和非接触式微芯片阵列电特性检测技术的研发设计咨询与技术开发支撑等服务，解决微 LED芯片企业在Mini-LED、Micro-

LED产业化面临的检测技术难题，在生产阶段即保证产品性能一致性、可靠性。中心与乾照光电共同申请福建省科技厅项目：“微型 LED显示阵列像素级芯片关键检测技术及产业化应用”获批 40万资助。形成自主知识产权的微 LED芯片检测技术体系。近期，中心与乾照光电、天马微电子共同承担了 2019年厦门市重大科技项目：Micro-LED的研发与应用，目前研发进展顺利。

（4）石墨烯+工程化基地服务国家级产业集群创新发展石墨烯+工程化基地 2019年与九江赛晶科技股份有限公司、江西安天高新

材料有限公司、九江金鹭硬质合金有限公司以及九江明德天动能源技术有限公司等联合攻关大功率变流技术及应用、分子筛蜂窝载体应用、钨合金材料应力分析以及石墨烯负极材料的批量化制备等技术。着力提升产品质量，为当地企业创新发展及产业升级服务。

（5）技术培训服务中心积极为厦门乾照光电、瀚天天成、三安光电以及九江经济技术开发区

产业集群等一系列相关企业的人员提供了半导体材料和器件模拟设计、半导体材料和器件表征测试方法等技术培训服务，累计 200余人次。

三、学科发展与人才培养1. 支撑学科发展情况

中心为厦门大学半导体物理、凝聚态物理、微电子学与固体电子学、电子科学与技术等相关学科提供了强有力的实践教学、科学研究支撑。在此基础上，本年度厦门大学获批国家集成电路产教融合创新平台，中心将共同承担该平台的建设任务，推动学科建设，培养人才，促进产学研创新融合，更好地服务于光电、集成电路等领域的行业企业；获批建设厦门市未来显示与柔性电子研发平台，中心将着重研发产业共性技术、前瞻性技术，并以获得可转移的科研成果为目标，带动形成高新技术产业集群；积极争取形成国家产业创新中心，为福建省、厦门市带来年产值超千亿的产业集群。

2. 人才培养情况中心 2019年度累计在读博士生 55人，当年毕业 18人；在读硕士生 132人，

当年毕业 32人。中心注重多元化人才培养：（1）不断拓宽国际交流渠道，加强与国际一流科研机构之间的交流与合作，鼓励学生出国/境交流，提升学生国际视野。本年度累计派出 8名博士后/博士赴国际知名高校、研究所学习交流。（2）利用高校的教学资源优势以及企业的实践特长，开展光电领域博士生和博士后共同联合培养，分别与三安光电、乾照光电、瀚天天成等联合培养博士生。（3）以研发项目为牵引，科技创新与实践创业相结合，培养和激发学生的创新与创造力，积极鼓励并指导学生参加创新创业大赛、电子设计大赛等，取得了优异成绩。2019年共获得全国赛一等奖 5项、三等奖 1项，国际赛事三等奖 1项，华东赛区二等奖 1项，福建省级一等奖 1项。（4）实施本科生成长导师制，与空间太阳能电池龙头企业乾照光电、全球最大固态光源制造商三安光电等合作，建立大学生实践教育平台和创新基地。从理论教学、科研训练和实践锻炼等各方面综合培育学生。设立课外科技创新基金和科研助手制度，开放所有科研实验平台，开展“互换生涯”活动，完善科技创新鼓励办法等，较好地培养了学生的创新精神和实践能力。取得的代表性成果有：（1）吴挺竹博士于 2019年赴台湾交通大学进行访问交流，提出了一种新

型量子点/纳米环结构的Micro-LED器件为Micro-LED全彩化显示的应用提供了一种新思路和新方法。该工作发表于 Photonics Res. (2019, 7, 416)，得到了学界的广泛认可，被选为 2019年 4月份的期刊封面文章，并进入Most Cited Articles in Photonics Research榜单第七名，还得到诺贝尔奖得主中村修二教授所发 3篇论文的正面引用。

（2）易孝辉博士生提出采用 CsF作为 Cs源，通过两步法制备了高质量的混合阳离子卤素钙钛矿薄膜，实现开路电压 Voc1.145 V，转换效率达到 21.09%的太阳电池。通过 Cs掺杂的钙钛矿薄膜晶化质量大大提高，呈现出均一和整体化的形貌，载流子寿命提高了 2倍以上，且器件的稳定性得到极大的提高。该工作发表于Adv. Energy Mater. 2019, 40, 01726.（3）刘泽晖硕士生提出利用矩形波信号驱动 LED进行结温测试的新方法，

该方法有效减少了传统正向电压法开关切换和数据采集延迟引起的测试误差，测试结果更为精确可靠。解决了业界长期以来 LED结温测试偏差的问题。该工作发表于 IEEE Transactions on Power Electronics,2019,34(11):10414。申请的发明专利(2018100186704)已公开。（4）陈嘉俊硕士生提出了一种结合热蒸发镀膜技术的 CVD生长方法以调

控 TMDCs二维材料生长。在 SiO2/Si 衬底上成功实现晶圆级连续的 TMDCs 薄膜生长，并成功制作了大面积 FET 器件阵 列，其载流子迁移率集中在0.2~4.0cm2V-1s-1范围内，优于已报道的诸多 CVD-WS2器件结果。该工作发表于ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11, 19381-19387。

3. 研究队伍建设情况中心注重“引培”结合，2019年度引进国家杰出青年基金获得者陈张海教

授，闽江学者特聘教授张峰，厦门大学南强青年拔尖人才计划李澄特任研究员；此外，积极培养青年骨干，张峰教授、蔡端俊教授以及黄凯教授入选 2019年度厦门市双百计划人才；6位青年成员成果显著，职称得到提升，其中 1位成员的职称由助理教授晋升为副教授，5位成员的职称由工程师晋升为高级工程师。

四、开放与运行管理1. 主管部门、依托单位支持情况本年度，主管部门福建省科技厅为中心提供建设和运行经费补助 30万元，

开放课题补助约 8万元。依托单位厦门大学为中心提供建设经费近 400万元，研发经费近 200万元，并减免科研场所水电 10余万元。

2. 仪器设备开放共享情况

30万以上大型仪器使用机时超过 11400小时,其中科研 9200小时，教学 900

小时，社会服务（开放共享）1300小时，社会服务项目 28项，测试服务企业对象包括厦门华联电子股份有限公司、厦门市三安光电科技有限公司、南昌易美光电科技有限公司、扬州乾照光电有限公司、北京易美新创科技有限公司、信达光电、全磊光电等。

3. 学风建设情况中心深入贯彻落实党的教育方针，落实立德树人根本任务，全面推进党建

和思想政治工作建设。将博士纳入导师党支部，硕士按学科组设置党支部，打造“党建+科研”双促进发展模式。严格开展双周政治理论学习和固定党日+，提高党性修养。同时着眼国家和社会需求，依托学科优势，引导学生积极参与科研科创。组织学生参加挑战杯、创青春、互联网+、学术沙龙等，营造浓厚学术氛围。注重实践育人，开展“大学生励志强能计划”劳动教育。与厦门三安光电股份有限公司、乾照光电、厦门烯成石墨烯科技公司等企业建立实践基地，组织学生参与生产劳动和实践活动，取得良好成效。中心以人员的柔性流动带动学术资源和学术信息的多层次交互往来，合理

安排各项资源，举办了“第三届青年科技创新论坛新一代电子信息材料技术分论坛”、“第三代半导体紫外探测材料及器件关键技术研讨会”等 10余场学术会议。加大请进来的力度，累计邀请了诺贝尔物理学奖得主 Anthony J.

Leggett，中科院院士郑有炓、杜江峰、陈和生、黄维等 42位国内外著名专家来本中心交流讲学。

4. 技术委员会工作情况2019年 1月中心召开技术委员会全体会议，听取中心 2018年度的建设情况、

研究工作重点、学术及产业化成果等方面的汇报；梳理中心优势资源和利于未来发展的储备性的基础研究方向；对中心的发展模式、人才培养及团队建设等方向进行了深入讨论。

五、下一年度工作计划在关键技术攻关方面，着重开展 III族氮化物半导体自旋注入、p型AlGaN

受主激活机制、大尺寸 SiC外延生长动力学、硅基 III-V族和 IV光电探测器材料的外延生长方法和机理等基础科学问题研究。进一步地，对接国家半导体产业发展重大需求，开发大尺寸 SiC厚膜外延生长技术、大功率深紫外 AlGaN固态光源制备技术、Micro LED外延关键核心技术、全彩化技术以及 Micro-LED

检测技术等，为第三代半导体产业可持续发展提供技术支撑。在硬件条件建设方面，着重建设大尺寸 SiC高温化学气相沉积系统、超低

温显微深紫外荧光成像光谱系统，为中心开展大尺寸 SiC厚膜外延生长、探索

宽禁带半导体材料的光学特性提供强有力的硬件保障。在成果转化方面，积极与三安光电、信达光电、乾照光电、光莆电子、全

磊光电等单位开展紧密合作，共同解决企业在产品开发中面临的技术难题，努力将已取得的研究成果尽快向企业转移，以产生良好的社会经济效益。

承担国家集成电路产教融合创新平台和厦门市未来显示与柔性电子研发平台建设任务，更好服务于光电与显示、集成电路等领域的行业企业。提供人才培训与检验检测服务，推动产学研合作，开展共性技术和关键技术的攻关和开发。

六、问题与建议中心科技成果转化与工程化需专门人才，但中心固定编制少；且业绩要求

与现有评价考核标准存在一定的矛盾，在引进人员以及维护固定成员队伍稳定性方面存在较大困难；同时，随着科技成果转化需要，急需专用工程化用房，希望主管部门协调解决。

七、审核意见中心承诺：

年度报告中所填内容属实。数据准确可靠。

工程研究中心负责人：2020年 4月 27日

依托单位意见：微纳光电子材料与器件教育部工程研究中心年度报告内容属实。

依托单位负责人：

（单位公章） 年 月 日

主管部门审核意见：

主管部门负责人：（单位公章） 年 月 日

八、年度运行情况统计表

研究方向

研究方向 1 半导体外延生长技术 学术带头人 康俊勇

研究方向 2 高效率光电子器件制备技术 学术带头人 李成

研究方向 3半导体光电子材料与器件测

试技术学术带头人 陈忠

研究方向 4低维光电子材料与器件制备

技术学术带头人 蔡伟伟

工程中心面积 5000m2 当年新增面积 0m2

固定人员 78人 流动人员 11人

获奖情况 国家级科技奖励 一等奖 0项　 二等奖 0项　省、部级科技奖励 一等奖 0项　 二等奖 1项　

当年项目到账总经费 4187.85万元 纵向经费 3938.35万元 横向经费 249.5万元

当年知识产权与成果转化

专利等知识产权持有情况 有效专利 59项 其他知识产权 9项

参与标准与规范制定情况 国际/国家标准 0项行业/地方标准 0项

以转让方式转化科技成果

合同项数 1项 其中专利转让 1项合同金额 10万元 其中专利转让 10万元

当年到账金额 10万元 其中专利转让 10万元以许可方式转化 合同项数 0项 其中专利许可 0项

科技成果 合同金额 0万元 其中专利许可 0万元当年到账金额 0万元 其中专利许可 0万元

以作价投资方式转化科技成果

合同项数 0项 其中专利作价 0项作价金额 0万元 其中专利作价 0万元

产学研合作情况 技术开发、咨询、服务项目合

同数5项技术开发、咨询、服

务项目合同金额 149.5万元

当年服务情况 技术咨询 15次 培训服务 200人次

学科发展与人才培养

依托学科(据实增删)

学科 1 物理学 学科 2电子科学与技术 学科 3

研究生培养

在读博士 55人 在读硕士 132人当年毕业博

士 18人 当年毕业硕士 32人学科建设（当年情况）

承担本科课程 3288学时 承担研究生

课程 848学时 大专院校教材 0部

研究队伍建设

科技人才 教授 2人 副教授 1人 讲师 0人访问学者 国内 40人 国外 2人博士后 本年度进站博士后 1人 本年度出站博士后 1人