综合性大学电子信息类专业科产教融合实践教学体系探索——以南京大学电子科学与工程学院为例

当前综合性大学在科产教融合教学体系建设中还存在行业联系不足、科研结合欠缺、学生工程实践能力要求不明确等问题。文章结合综合性大学教学科研现状和高校对科产教融合教学体系的要求,总结了科产教融合在实践教学中发挥的作用,阐述了新工科建设背景下南京大学电子信息类专业科产教融合实践教学体系建设的探索,从育人理念确立、实践资源配置、多层次实践教学体系建设等方面丰富了一流专业建设内涵与特色,为高校实践创新人才培养提供新思路。

大学生创客空间的建设、运营与可持续发展机制探索——以南京大学“E创空间”为例

创客空间作为大学生创客实现创意、分享技术和交流思想的重要场所,是高校开展创新创业教育的有机组成部分。为了吸引更多优秀大学生入驻创客空间,充分利用各种创新资源,发挥创客空间在创新创业人才培养过程中的作用,文章以南京大学"E创空间"的建设和管理为例,系统研究了大学生创客空间的建设原则、运营要求与可持续发展机制,认为运营要求和发展机制为创客空间的规范、有序、健康、高效运行提供了保障。"E创空间"的实践经验也为其他高校创客空间的建设与发展拓宽了思路、提供了范例。

黑盒与逆向工程概念在数字电路基础实验教学中的应用

随着电子信息技术的飞速发展,传统数字电路实验内容虽较为经典,其授课模式难以真实反映学生实验完成情况,难以有效促进学生对理论课程知识的深入理解。对此摒弃传统FPGA黑盒实验系统中的正向验证方式,采取逆向分析方法,通过对电路外特性测试,进行电路功能判断,强化学生数字电路理论知识,提高学生逆向工程、自主设计和工程应用能力。实验设计符合工程教育认证标准,提高数字电路实验教学质量。

高温无铅电子封装技术研究进展

针对当前高温功率芯片耐高温封装连接问题,评述了国内外新型无铅高温焊料、纳米颗粒烧结技术、瞬时液相连接和瞬时液相烧结(Transient liquid phase sintering, TLPS)技术的研究现状和动态,分析了各种技术的优缺点。分析发现纳米颗粒材料和TLPS连接技术应用于高温器件封装时具有低温连接、高温服役的显著优势。但纳米颗粒材料烧结过程中存在有机物难以挥发、Cu纳米颗粒易被氧化、Ag纳米颗粒接头中的电迁移等问题;TLPS烧结过程中由于有机粘结剂的挥发以及颗粒物体积收缩,致使接头产生孔洞,导致接头的电导率和热导率降低。这些问题可以通过合金元素的添加、工艺的改进,以及焊料的复合化加以解决,这将推动高温电子封装行业的发展。

综合性大学电子设计竞赛组织训练体系的构建

相比于工科类高校,综合性大学普遍存在对全国大学生电子设计竞赛重视程度不高和参赛成绩不佳的现象。结合南京大学自身的特点,针对学校、教师和学生3个层面存在的问题,采取有针对性的破解举措,逐步构建了完整的电子设计竞赛组织训练体系。在连续3年的竞赛实践中取得了良好的效果,学校参赛成绩呈快速上升态势,并在2015年全国大学生电子设计竞赛中跃居全国前列。实践结果很好地验证了这一竞赛组织训练体系的有效性,对其他参赛高校,特别是综合性、研究型高校具有一定的启发和借鉴意义。

我国研究型大学本科生学习主动性的实证研究——以8所高校电子信息专业学生为例

本科生的学习主动性对其学习活动起着启动、增强、维持和调节作用,是考察高校教学质量的关键因素。通过对国内8所研究型大学1 225名电子信息专业本科生的调查发现,本科生的学习主动性总体状况较好,学生的学习内驱力处于较高水平,而学习效率感相对较低。本科生个人背景变量(性别、年级、家庭经济背景、学生干部经历)对其学习主动性存在显著性影响。其中,男生、大二和大三学生、未担任过学生干部的学生和来自低收入家庭学生的学习主动性相对较低。学习内驱力、学习意义感、学习效率感、学习自控性均对学生学习收获产生正向影响,其中学习自控性的影响力最大。

南京大学电子科学与工程学院

追溯至20世纪50年代,南京大学先后创设了国内第一批＂无线电物理＂和＂半导体物理＂专业,特色鲜明,在国内外有重要影响。此后,根据国家需要和学科发展趋势,逐渐转向工科类学科的建设。1984年,南京大学组建了信息物理学系,1994年更名为电子科学与工程系。2009年根据学校学科发展提升战略,在电子科学与技术、信息与通信工程学科基础上,组建了新的工程学科类学院——电子科学与工程学院。

面向集成电路先进制程的二维信息材料与器件

随着集成电路技术的发展至3 nm节点,摩尔定律接近其物理极限,传统芯片制程面临材料到器件的理论和技术瓶颈。二维信息材料凭借原子层厚度、低功耗等特性被产业界认为是1 nm及以下节点的核心材料,将助力芯片制程延续摩尔定律以及平面到三维的发展,与我国集成电路先进制程长期规划紧密相关。基于国家自然科学基金委员会第343期双清论坛,本文从材料—器件—异质集成多层次回顾了二维信息材料与器件的发展历史,总结了领域内所面临挑战,凝炼了未来5~10年的重大关键科学以及亟需布局的研究方向,进一步提出顶层设计的前沿研究方向和科学基金资助战略。

新型电力系统设备状态监测与故障诊断传感芯片关键技术与展望

随着新型电力系统的建设与发展,电力关键设备运行环境发生改变,运行过程也面临更多风险。电力关键设备的状态监测和故障诊断技术是其正常运行的保障,但目前仍存在不足。集信号采集、数据分析、信息传输功能于一体的传感芯片将能够实现在线、实时、准确的关键设备状态监测和故障诊断。文中从面向新型电力系统的设备状态监测和故障诊断传感芯片的基本概念出发,综述了传感芯片的传感采集、信号处理、数据分析及信息传输4项关键技术的发展现状,指出关键技术面临的挑战。最后,展望了未来电力关键设备状态监测和故障诊断研究方向。

卷积神经网络的可解释性研究综述

神经网络模型性能日益强大,被广泛应用于解决各类计算机相关任务,并表现出非常优秀的能力,但人类对神经网络模型的运行机制却并不完全理解.针对神经网络可解释性的研究进行了梳理和汇总,就模型可解释性研究的定义、必要性、分类、评估等方面进行了详细的讨论.从解释算法的关注点出发,提出一种神经网络可解释算法的新型分类方法,为理解神经网络提供一个全新的视角.根据提出的新型分类方法对当前卷积神经网络的可解释方法进行梳理,并对不同类别解释算法的特点进行分析和比较.同时,介绍了常见可解释算法的评估原则和评估方法.对可解释神经网络的研究方向与应用进行概述.就可解释神经网络面临的挑战进行阐述,并针对这些挑战给出可能的解决方向.

基于超材料设计实现C/Co复合材料的超宽带吸收

本文通过简单的一步热解法合成了C/Co复合材料,在材料质量填充浓度为35%时,观察到其具有优异的介电频散性能。当材料厚度2.5 mm时,该复合材料在11.2 GHz的最小反射率为-23.7 dB,小于-10 dB的带宽为3.8 GHz。为了进一步提高吸收体的吸波性能,利用全介质超材料的设计对吸收体的宏观结构进行优化,此方法成功地将小于-10 dB的吸收带宽扩展到15 GHz(7.0~22.0 GHz)。该研究结果可以为高性能微波吸收材料的制备工艺和结构设计提供有价值的参考。

极性、半极性和非极性InN薄膜的MOCVD外延生长与表征

利用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)技术,在不同晶面的蓝宝石(Al2O3)衬底上实现了极性(0002)面、半极性(11-22)面和非极性(11-20)面InN薄膜的外延生长,并通过多种表征手段对三个不同极性面InN薄膜的结构和光学特性进行了系统研究。X射线衍射(XRD)曲线展示了(0002)、(11-22)和(11-20)面InN较强的衍射峰,表明InN薄膜具有较高的成膜质量。通过扫描电子显微镜(SEM)表面图发现,极性(0002)面InN的表面形貌较光滑,而半极性和非极性InN表面均存在未完全合并的孔洞。光致发光(PL)光谱展示,不同极性面InN的峰值能量在0.63 eV附近,并从极性、半极性到非极性逐渐红移。此外,可见-红外分光光度计测得的透射谱显示,极性(0002)面InN的吸收边约为0.85 eV,而半极性(11-22)面和非极性(11-20)面InN的吸收边约为0.78 eV,表明极性InN具有更大的斯托克斯位移。

基于纳米金属阵列天线的石墨烯/硅近红外探测器

金属纳米颗粒低聚体不仅具有等离激元共振效应实现光场亚波长范围内的局域化和增强,还可以通过泄漏光场相互干涉实现法诺共振和连续态中的束缚态,从而使得电磁场更强的局域和增强.本文采用金纳米低聚体超构表面作为石墨烯/硅近红外探测器的天线,实现了光响应度2倍的增强;通过调节纳米金属低聚体间夹角,发现当该夹角为40°时,光电流达到最大值,对应法诺共振最大的透射率,此时天线不仅汇聚光场能量还定向发射给探测器;当该夹角为20°时,光电流出现一个低谷,此时能量局域于低聚体内,金属损耗减弱了等离激元增强效果.该工作通过时域有限差分法仿真和实验相结合研究了低聚体超构表面光电耦合效率的动态过程,为提高光电探测效率提供了一种重要的途径.

微波GaN器件温度效应建模

通过对GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在不同温度下直流特性变化的现象与机理分析,本文基于EEHEMT等效电路模型,针对GaN HEMT漏源电流I_(ds)提出了一种温度效应模型.该模型考虑到温度对GaN HEMT阈值电压、膝点电压、饱和电流等方面的影响,对原始EEHEMT模型中的I_(ds)公式进行修改,将I_(ds)公式中的关键参数与温度建立起适当的函数关系式.修改后的模型能够准确反映GaN HEMT在不同温度下的电性能变化趋势.为了进一步验证该温度效应模型的精确度,本文在片测试了由南京电子器件研究所研制的0.25μm工艺不同尺寸GaN HEMT在–55,–25,25和75℃温度下的直流特性.对比在不同温度下的模型仿真数据与测试结果,两者相对误差均小于5%,表明本文提出的温度效应模型在–55-75℃温度下能够精准表征GaN器件的输出特性及转移特性.

GaN HEMT栅偏置电压与反向传导电压的解耦合研究

第三代宽禁带氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)的反向传导特性由于受到栅极偏置的控制作用,限制了器件在双向DC/DC变换器等场景中的实用化发展。通过采用源极控制p-GaN区域的结构设计,使得部分异质结导电沟道受到源极控制,实现了反向传导电压与栅极偏置电压的解耦合,有效解决了负栅偏压下器件的反向传导特性退化难题。研究表明,当器件p-GaN层上方的源控金属块和栅极金属块长度比值为1∶1时,有利于实现正向与反向传导性能的最佳折中。在150℃高温下,采用新结构设计的GaN HEMT维持了低开启反向传导能力。双脉冲动态开关测试表明,器件具有快速开关能力。器件制备工艺简单,兼容现有的GaN HEMT工艺流程,有望促进GaN功率半导体器件技术在变换器应用领域的实用化发展。

六边形micro-LED台面制备及光学特性研究

在蓝宝石为衬底的标准绿光GaN-LED外延片上,成功制备了边长分别为6μm、8μm、10μm且具有不同侧壁晶面(m面,a面)的六边形micro-LED台面。通过光致发光谱研究了各个侧壁晶面的六边形micro-LED台面的发光特性。结果显示,在10.5 kW/cm^(2)的注入功率密度下,边长6μm的m面侧壁的micro-LED台面比a面侧壁的micro-LED台面的发光峰强提高了24.4%。在9.05 kW/cm^(2)的注入功率密度下,随着台面尺寸从10μm缩小到6μm,m面侧壁台面单位面积的发光峰强提升了52.8%。结果表明,micro-LED台面侧壁对发光效率具有重要影响,设计制备符合GaN晶格特性的低密度界面态侧壁六边形micro-LED台面,可大幅提高micro-LED发光效率,是实现高量子效率micro-LED的特定解决方案。

LEO星座边缘计算网络中的动态计算卸载策略

在卫星边缘计算网络中,当过多用户通过同一信道接入卫星时,产生的同信道干扰会导致边缘计算性能下降。为了解决该难题,在动态环境低地球轨道(LEO)星座边缘计算网络的系统模型下,提出了一种基于随机博弈的多用户计算卸载策略。在考虑用户的自私性、星地信道的随机特性和地面用户接入的动态特性的前提下,从博弈论的角度,将动态环境下地面用户的卸载决策过程表述为随机博弈,证明了所制定的随机博弈等价于具有至少一个纳什均衡(NE)的加权势博弈,并且NE最小化系统开销。为了在动态环境下以分布式方式达到NE,基于随机学习设计了一种智能随机学习算法,以高效达到所提随机博弈的NE。仿真结果表明,与基准算法相比,所提算法能够显著降低同信道干扰和系统开销,并达到接近最优的性能。

用于MIMO检测的基于NoC的多核动态可重构架构

随着无线通信技术的发展,实现多输入多输出(MIMO)系统检测性能与复杂度之间的最优权衡日益困难,深度学习DL为此提供了新方向。文中提出基于片上网络(NoC)的多核动态可重构架构MCDBP,以提高基于DL的MIMO检测算法的性能,并增强架构的可编程性和扩展性。MCDBP通过集成轻量级计算内核及片上网络互连,并行处理矢量-矩阵乘法、常数-矢量乘法、矢量点积、矢量加法等大多数深度展开网络的基本运算,有效提高复杂MIMO检测性能。架构的创新在于可重构的处理元件PE设计,可以依据DL驱动的MIMO检测需求动态调整。该设计对基于DL的MIMO检测算法共性进行深入分析,支持多种基本运算模式,展现极高灵活性。实验结果显示,MCDBP在执行基于DL的MIMO检测算法时,与通用CPU相比,可以实现12.66~22.98的加速比,算法性能有所提高,可以适应不同应用场景。

物联网数据收集中基于负载均衡的无人机-车联合轨迹规划

为了提升大规模物联网数据收集的效率,提出了一种基于负载均衡区域划分的多无人机-车联合轨迹规划算法,其中,无人机作为空中基站收集物联网设备的数据,地面无人车作为移动电池更换站以弥补无人机能量的不足。为了缩短整体任务完成时间,优化目标为最小化所有无人机-车中最长的任务完成时间,将该问题建模为多站点车辆路由问题的一个变种,并从负载均衡的角度对其进行求解。具体来说,首先通过负载均衡区域划分算法将物联网设备分配到无人机-车的服务区,在此基础上,多站点无人机-车的轨迹规划问题退化为多个独立的单站点单组无人机-车的轨迹规划问题,进而设计联合轨迹规划策略优化各个服务区中的路径。数值结果验证了所提算法在任务完成时间和负载均衡度方面优于对比算法。

Mn与N共掺ZnO铁磁稳定性及其电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理方法,结合广义梯度近似研究了过渡金属Mn掺杂ZnO与(Mn,N)共掺ZnO的电子结构和磁性。对Mn掺杂ZnO不同构型的相对能量进行计算,结果表明Mn掺杂ZnO的最稳定构型具有反铁磁相互作用。另外,对(Mn,N)共掺ZnO不同构型的相对能量进行计算,结果表明引入N后,Mn与N铁磁性相互作用时,(Mn,N)共掺ZnO体系处于最低能量状态。这主要是由于Mn 3d电子与N 2p局域束缚的电子形成的磁性束缚激子诱导了Mn、N共掺ZnO薄膜室温铁磁信号的产生,并且最稳定的铁磁构型为-Mn-N-Mn-复合体,具有明确的团簇趋势。