您所在的位置: 成果库 光谱仪和仿真分析软件

光谱仪和仿真分析软件

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2022-09-26 18:15:21

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:陕西省西咸新区| 宋莹 | 2022-09-28 17:28:41
该成果利用“软等离子体”工艺所研发的光谱仪包括原位紫外可见断层光谱仪和原位红外断层光谱仪,以及可用于监测薄膜形成和变化的原位动态吸收光谱仪。项目团队发明了有机薄膜断层吸收光谱分析技术,包括紫外、可见光、红外区间,在西安交大搭建了世界上第一台原位断层光谱分析仪,并在配套的软件及算法方面取得了系列成果。采用适当的光学模型,实现薄膜的深度分辨吸收光谱,并将研究结果应用于薄膜结构分析、光-物质相互作用、电荷输运、光电器件性能优化等;使用该表面选择刻蚀工艺研究薄膜亚层形态并进行三维电镜形态重构;将亚层薄膜化学和结构分析结果用于薄膜沿厚度方向的光学和电学性能研究,为光电器件性能的提高提供可靠的技术支撑;利用表面选择刻蚀这种“减材加工”新方法开发基于亚层薄膜的聚合物亚层电子器件;开发并推广基于亚层光谱分析的新型原位光谱仪等成套仪器设备。
项目发明了多种新型光谱分析方法并研制成功配套的光谱仪和仿真分析软件。所发明的断层吸收光谱可表征薄膜不同深度处的组分分布、凝聚态结构、光学分布、电荷局域态密度的空间和能量分布等,从而揭示薄膜中光学作用和电荷输运的机制。本方法既可用于有机高分子的通用薄膜,也可用于功能薄膜。该系列仪器可用作企业和研究机构实验室等的分析仪器。该方法将传统的“一维光谱”展开成“二维光谱”,为器件中电荷分布及电荷输运提供了直接的实验证据,可基于断层光谱数据建立多组分薄膜的光学和电荷输运模型。项目团队发明的薄膜断层光谱分析方法、仪器以及软件均为国际首创。针对半导体薄膜的分析,在国际上首次将传统的“一维光谱”展开成“二维光谱”。

该产品属于科学分析仪器,主要市场是R(研究所、高校等研发机构)端和B端(比如京东方、TCL等光电半导体企业)。用于研究薄膜不同深度位置(断层)处的吸收光谱以及断层形态:1.采用适当的光学模型,实现薄膜的深度分辨吸收光谱,并将研究结果应用于薄膜结构分析、光-物质相互作用、电荷输运、光电器件性能优化等。2.将断层薄膜化学和结构分析结果用于薄膜沿厚度方向的光学和电学性能研究,为光电器件性能的提高提供可靠的技术支撑。

按现有光谱仪需求增速以及深度图像识别的需求统计,预计2030年中国对光谱仪需求在600亿人民币左右,其中断层光谱仪市场在10亿元以上。本项目所述的半导体薄膜分析方法及整体配套仪器为自主研发,市场前景广阔。项目团队搭建世界上第一台原位断层光谱分析仪后,国内多个课题组寄样品,委托测试。两年内已经共同发表论文10多篇且影响因子10以上,起到了很好的广告效应,有利于拓展用户。项目初期客户主要为高校相关专业实验室、研究所、有机半导体行业、光伏及数据存储企业等。原位断层吸收光谱仪可以实现传统的吸收光谱仪的全部功能,因此中期目标有望部分占领传统的吸收光谱仪的市场。

西安交通大学(Xi’an Jiaotong University),简称“西安交大”,位于陕西省西安市,是中华人民共和国教育部直属的综合性研究型全国重点大学,由教育部与国家国防科技工业局共建,位列国家“双一流”, 首批进入国家“211工程”和“985工程”,是国家“七五”“八五”重点建设高校,入选“珠峰计划”“强基计划”“2011计划”“111计划”、卓越工程师教育培养计划、卓越医生教育培养计划、卓越法律人才教育培养计划,是环太平洋大学联盟、九校联盟(C9) 、中国大学校长联谊会、全球能源互联网大学联盟、中俄综合性大学联盟、中俄交通大学联盟、CDIO工程教育联盟、丝绸之路大学联盟成员高校,是中国人工智能教育联席会理事长单位、学位授权自主审核单位,是中国三所开设少年班高校之一。

近年来,一些较为复杂的技术已经普遍应用于聚合物薄膜的亚层结构分析,例如通过电子显微镜对薄膜断面进行成像、三维重构透射电子显微镜(reconstructed 3-D transmission electron microscopy)、中子反射(neutronreflectivity)以及椭圆光偏振技术(ellipsometry)已经被不断研究,以用于表征深度分辨的组分分布。另一方面,采用连续刻蚀技术和动态二次质谱(dynamic secondary ion mass spectrometry)或者X-射线光电子能谱(X-rayphotoelectron spectroscopy)也被成功应用于光电聚合物薄膜。然而,这些方法有要么需要复杂的实验装置和很长的操作时间,要么信噪比较低,要么所得结果所含信息量小等的缺点。例如对于三维重构透射电子显微镜,材料需要具有较高的衬度和较高的电子辐射稳定性;对于中子反射,需要昂贵的大科学装置中子源;对于动态二次离子质谱,人们需要同位素标记。然而,这些非光学手段并不能直接提供光在薄膜中的传播规律和衰减信息,也不能提供激子产生的位置等;而且这些方法也不能对理解亚层薄膜电荷输运提供直接的测量证据。

该项目团队发明的薄膜断层光谱分析方法、仪器以及软件均为国际首创,针对半导体薄膜的分析,在国际上首次将传统的“一维光谱”展开成“二维光谱”。采用适当的光学模型,实现薄膜的深度分辨吸收光谱,并将研究结果应用于薄膜结构分析、光-物质相互作用、电荷输运、光电器件性能优化等;使用该表面选择刻蚀工艺研究薄膜亚层形态并进行三维电镜形态重构;将亚层薄膜化学和结构分析结果用于薄膜沿厚度方向的光学和电学性能研究,为光电器件性能的提高提供可靠的技术支撑;利用表面选择刻蚀这种“减材加工”新方法开发基于亚层薄膜的聚合物亚层电子器件;开发并推广基于亚层光谱分析的新型原位光谱仪等成套仪器设备。

项目团队拟组建公司进行成果转化,以多个专利和软件著作权作为无形资产注入公司,实现科技成果转化落地,本产品的技术为自主开发,已完全成熟可以直接投产。目前转化需求为创业投资、股权融资,寻求资本或产业端合作。获得本阶段资金后,主要用于人员聘用、产品整体工业设计和质量保证等,同时开始小批量试产,为商业化生产做好准备。获得后续资金支持后计划大批量商业化生产并做好售后服务,合理计划用于销售、法务/财务支出和房租等。所成立的公司采用轻资产运行模式。针对客户需求,将部分非核心机械加工交由其他公司代工。