2023年,物联网技术应用教育部工程研究中心围绕物联网专用感知器件及系统技术、物联网平台技术、工业物联网集成应用技术、物联网协同感知与控制技术等4个核心技术且产业亟需的研究方向,紧扣物联网技术的创新与应用,突破性完成了无线能量转换芯片研发,智能化服装生产改造,高端电池生产模型适配等代表性成果,获得江苏省科技创新协会科技创新一等奖、江苏省轻工协会科学技术奖一等奖、中国服装协会科技进步奖一等奖,获得无锡市优秀学术论文一等奖1项;取得中国轻工业联合会鉴定“国际先进”1项。在科研项目上,承担了江苏省产业前瞻重点项目和课题各1项,承担了国家级、省级纵向科研项目共计11项,累计纵向科研经费到账1086万元,承担了企业产学研项目57项,累计横向科研经费到账386万元;相关科研成果在《Biosensors & bioelectronics》(IF=12.6)、《IEEE Transactions on Industrial Informations》(IF=12.3)、《ACS Applied Materials & Interfaces》、《IEEE Transactions on Industrial Electronics》等国内外知名期刊发表138篇论文。参与团体标准制定2项,累计授权发明专利66项,登记软件著作权45项,转化专利9件,合同金额119万元。先后为企业提供解决物联网技术应用相关解决方案和技术服务37次,实现培训人次546人;通过物联网技术工程化应用和成果转化,推动了物联网专用器件、工业物联智能终端、智能产线决策和制备等行业企业的技术升级。
工程化典型案例1:电厂燃煤库存智能预测系统的研究与工程化
工程中心研究人员针对国内某大型能源集团煤电路港航一条龙、产运销纵向一体化的运营模式,为了实现集团公司上下游产业的高度关联,更好地发挥该集团一体化运营模式的整体竞争优势,开发了电厂燃煤库存智能预测系统。通过物联网技术采集集团旗下60多家电厂的燃煤库存数据、进耗煤数据和发电量数据,通过随机森林特征重要度法筛选这些数据的重要特征,利用Granger因果分析确定数据的输入窗口大小,结合煤炭价格、航运价格等价格特征数据,重构燃煤库存预测算法数据集。针对数据分布漂移与变量多尺度耦合问题下的各电厂燃煤库存预测,采用融合RevIn与SCINet的燃煤库存预测算法,利用SCINet改进算法捕捉动态特征相关性,从不同时间尺度上提取数据的长短期依赖关系,增强模型对噪声的鲁棒性,并在模型损失函数中加入未来分布参数的先验知识项,降低数据噪声对RevIn改进算法的影响,并充分利用数据和知识对预测结果进行矫正,使10天内的60多家电厂燃煤库存预测平均精度达到10.08%,比目前使用的预测方法提高了4.3%。项目还结合电厂燃煤的航运系统,开发出电厂燃煤库存预测预警系统,预警系统也已经在合作单位部署使用,有效合理地安排各电厂下水煤的配送,高效执行电厂的发电计划,为集团下水煤精准配送、提高一体化运转效率等提供有效的数据支撑,增强了煤电路港航的跨域协同预警能力,项目的实施每年为集团旗下60多家电厂节约了数亿元的燃煤仓储成本。
工程化典型案例2:高可靠低漏电低阻抗功率开关IC的研发与产业化
工程研究中心在第三代半导体技术领域取得突破性进展,研发团队创新性地采用氮化镓(GaN)与硅基衬底异质集成技术,攻克了传统硅基器件在高频高压场景下的物理极限。通过分子束外延(MBE)技术实现GaN外延层与硅衬底的原子级键合,结合三维TSV(硅通孔)封装工艺中的激光钻孔和铜填充工艺,将器件耐压等级提升至1200V,同时工作温度范围扩展至-40℃~150℃,满足极端环境下的车规级应用需求。在能效优化方面,团队首创基于原子层沉积(ALD)的梯度掺杂工艺,通过交替沉积氧化铪(HfO₂)和氧化铝(Al₂O₃)形成高k介质层,使栅极界面态密度降低至1×10¹⁰ cm⁻²eV⁻¹量级。结合动态体偏置调控算法,实时监测沟道载流子浓度并调整体偏置电压,成功将静态漏电流从行业平均10μA降至0.5μA。经实测验证,该技术可使物联网终端设备的待机功耗降低至15nW,推动智能传感器等低功耗设备的续航时间延长20%以上。为实现系统级智能化升级,研发团队开发了集成式多功能监测模块,包含24位Δ-Σ架构的温度/电压传感电路和具有逐周期电流限制功能的软启动保护单元。通过0.18μm BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)工艺平台实现多器件协同设计,其中DMOS器件导通电阻低至5mΩ·mm²,CMOS单元栅氧厚度精确控制在3.2nm±0.1nm,与现有产线的光刻对准误差小于2nm,实现工艺兼容性突破。流片数据显示,经过缺陷密度分布优化和工艺窗口校准,晶圆良率从初期的80%跃升至95%。该项目已形成完整的技术生态链,产品通过华为和小米平台兼容性测试,在智能车载充电模块和工业网关领域获得首批50万颗订单。基于"芯片-模组-终端"的垂直整合模式,研发团队未来三年计划投入1.2亿元研发资金,并布局光伏逆变器所需的大功率模块。预计项目将带动长三角地区形成GaN器件特色工艺产线,促进封装材料、测试设备等上下游产业链协同发展,为我国在新能源汽车和可再生能源领域的芯片自主化提供关键技术支撑。
工程化典型案例3:碳化硅肖特基势垒二极管的设计与产业化
中心团队聚焦于高压高温应用的碳化硅(SiC)肖特基势垒二极管(SBD)设计与可靠性优化,通过仿真与实验结合,重点突破低导通损耗、高耐压及动态稳定性等关键技术。设计层面采用梯度掺杂外延层结构(厚度10-15μm,掺杂浓度1×10¹⁶ cm⁻³)与复合场板终端技术,实现反向击穿电压≥1200V,正向导通电阻低至3.5mΩ·cm²(@25℃),开关速度达20ns级,工作温度范围覆盖-55℃至200℃。可靠性研究涵盖高温栅偏(HTGB,175℃/1000h)、高低温循环(-65℃↔175℃,500次)及浪涌电流测试(100A脉冲),结合失效物理分析建立寿命预测模型,确保器件在175℃结温下MTTF>1×10⁶小时,反向漏电流漂移率<15%。研究目标为新能源逆变器、电动汽车OBC等场景提供低损耗、高鲁棒性的功率器件解决方案。该项目的产业化显著提升了我国在第三代半导体领域的自主创新能力。SiC SBD的高效、耐高温特性可降低新能源逆变器损耗10%以上,助力光伏、风电并网效率提升;在电动汽车充电桩中应用后,系统体积缩小30%,电能转换效率提高至98%,加速交通领域低碳转型。此外,项目将带动无锡本地配套产业链升级,包括晶圆加工、封装测试和设备制造等环节,形成产值超1亿元的产业集群。