芯片制造论文

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单片机毕业论文答辩陈述

难忘的大学生活将要结束，毕业生都要通过最后的毕业论文，毕业论文是一种有计划的检验大学学习成果的形式，那么毕业论文应该怎么写才合适呢？以下是我为大家收集的单片机毕业论文答辩陈述，仅供参考，希望能够帮助到大家。

单片机毕业论文答辩陈述

各位老师好！我叫刘天一，来自**，我的论文题目是《基于AVR单片机的GSM—R基站天线倾角测量系统》。在这里，请允许我向宁提纲老师的悉心指导表示深深的谢意，向各位老师不辞劳苦参加我的论文答辩表示衷心的感谢。

下面我将从论文的背景意义、结构内容、不足之处三个方面向各位老师作一大概介绍，恳请各位老师批评指导。

首先，在背景和意义上，移动通信网络建设初期，基站站间距大、数量少、站型也不大，并且频率资源相对比较丰富。在这一阶段的网络规划时很少对天线的倾角做详细的规划，基站功率常常以满功率发射。对于越区覆盖则主要通过增加邻区的办法予以解决。

但随着网络的迅速发展，城市中的基站越来越密集，在一个中等城市通常分布着数十个基站，在省会城市更是达到了数百个基站之多，并且基站的密度越来越高，站型也越来越大，如果对越区覆盖的问题仍然釆用老办法解决，那么网络质量将难以保证。因此有必要在规划阶段就对基站天线的倾角、基站静态发射功率等进行更加细化合理的规划，从而减轻优化阶段的工作量。

合理设置天线下倾角不但可以降低同频干扰的影响，有效控制基站的覆盖范围，而且可以加强本基站覆盖区内的信号强度。通常天线下倾角的设定有两方面侧重，一方面侧重于干扰抑制，另一方面侧重于加强覆盖。这两方面侧重分别对应不同的下倾角算法。一般而言，对基站分布密集的地区应该侧重于考虑干扰抑制（大下倾角）；而基站分布比较稀疏的地方则侧重于考虑加强覆盖（小下倾角）。

规划阶段进行的倾角设计，在实际施工过程中会出现一定的偏差，在使用的过程中，由于季节变化或风、雨、雪、温度、湿度等自然条件影响，基站天线倾角会发生变化，进而影响场强质量。而移动通信已经是人类日常生活中不可或缺的一部分，正常的通信离不开基站的建设与维护，因此，基站天线倾角的实时、精确测量就显得尤为重要了。但现阶段移动通信基站的天线方位角、下倾角等基本是依靠人工现场通过罗盘、坡度仪等仪器进行测量得到的，而且由于基站的数量巨大，因而测量耗费了大量的时间、人力、物力，并且存在较大的测量人员人身安全隐患。因此，实现一种省时、省力的自动化测量仪器是非常亟需的。

为此，拟研发GSM—R基站天线倾角测量系统，实现不登塔作业即可完成基站天线倾角的测量工作，并可对各基站测试点进行联网，实现对基站天线倾角的实时监测。本系统可以大大降低GSM—R系统现场维护作业的人身安全风险和作业难度、强度，具有很高的实用性和安全性。

其次，在结构内容上，论文主要对基站倾角测量系统进行设计，主要研宄内容为：

（1）根据控制要求，选用倾角测量模块；学会使用并通过使用手册深入学习其特性及原理。

（2）采用ATmegal62作为控制芯片，进行倾角测量系统的硬件电路设计。整个系统分为主板和从板，通过芯片内置的TWI串行总线传输接口进行通信，由主板将数据通过无线模块发送给手持终端。

（3）采用JZ863数传模块，将其与上位机控制芯片、下位机控制芯片的异步串行接收/发送器USART连接，进行上位机与下位机的无线数据通信。

（4）在硬件平台基础上根据模块化思想进行倾角测量系统的软件程序设计。

（5）在设计好的软硬件平台上进行相关实验，实现控制系统设计目标和要求。

本文各章节安排如下：

第1章“引言”，对倾角测量系统进行了简要概述，介绍了研宄背景，并对本文的内容作了简介。

第2章“倾角测量传感器”，主要分析了本系统比较重要的倾角测量模块的原理以及SCA100T—D01倾角测量芯片，对其各个引脚的功能以及通信协议等进行了阐述，为后面的具体实现打下了基础。

第3章“ATmegal62微处理器结构及原理”，分析了本毕设使用的核心单片机芯片ATmegal62，包括它的各个引脚以及I/O端口，并且分析了本论文主要使用的通信协议，即同步串行SPI接口和USART串行口。

第4章“倾角测量系统软硬件实现”，本章首先对系统的总体设计进行了实现，包括主要的技术指标、主要的功能模块等。接着进行了本系统的硬件实现和软件实现。硬件实现包括各个功能模块的具体电路设计以及最后的PCB电路板制作，软件实现包括各个功能模块的程序设计。

第5章“倾角测量系统调试及实验”，本章主要进行了硬件电路的调试，并介绍了通过AVR Studio进行软件仿真以及下载，最后在搭建的系统软硬件平台的基础上，进行调试和实验，以此来验证基站倾角测量系统的硬件与软件设计。

第6章“结论”，本章主要总结了本论文的研究结果，并阐述了系统的不足之处和对以后工作的展望。

最后，在不足之处上，这篇论文的写作以及修改的过程，也是我越来越认识到自己知识与经验缺乏的过程。虽然，我尽可能地收集材料，竭尽所能运用自己所学的知识进行论文写作，但论文还是存在许多不足之处，有待改进。请各位评委老师多批评指正，让我在今后的学习中学到更多。

[知识拓展]

论文答辩提问方式

在毕业论文答辩会上，主答辩老师的提问方式会影响到组织答辩会目的的实现以及学员答辩水平的发挥。主答辩老师有必要讲究自己的提问方式。

1、提问要贯彻先易后难原则。主答辩老师给每位答辩者一般要提三个或三个以上的问题，这些要提的问题以按先易后难的次序提问为好。所提的第一个问题一般应该考虑到是学员答得出并且答得好的问题。学员第一个问题答好，就会放松紧张心理，增强“我”能答好的信心，从而有利于在以后几个问题的答辩中发挥出正常水平。反之，如果提问的第一个问题就答不上来，学员就会背上心理包袱，加剧紧张，产生慌乱，这势必会影响到对后面几个问题的答辩，因而也难以正确检查出学员的答辩能力和学术水平。

2、提问要实行逐步深入的方法。为了正确地检测学员的专业基础知识掌握的情况，有时需要把一个大问题分成若干个小问题，并采取逐步深入的提问方法。如有一篇《浅论科学技术是第一生产力》的论文，主答辩老师出的探测水平题，是由以下四个小问题组成的。

（1）什么是科学技术？

（2）科学技术是不是生产力的一个独立要素？在学员作出正确回答以后，紧接着提出第三个小问题：

（3）科学技术不是生产力的一个独立要素，为什么说它也是生产力呢？

（4）你是怎样理解科学技术是第一生产力的？通过这样的提问，根据学员的答辩情况，就能比较正确地测量出学员掌握基础知识的扎实程度。如果这四个小问题，一个也答不上，说明该学员专业基础知识没有掌握好；如果四个问题都能正确地回答出来，说明该学员基础知识掌握得很扎实；如果能回答出其中的2—3个，或每个小问题都能答一点，但答得不全面，或不很正确，说明该学员基础知识掌握得一般。倘若不是采取这种逐步深入的提问法，就很难把一个学员掌握专业基础知识的情况准确测量出来。假如上述问题采用这样提问法：请你谈谈为什么科学技术是第一生产力？学员很可能把论文中的主要内容重述一遍。这样就很难确切知道该学员掌握基础知识的情况是好、是差、还是一般。

3、当答辩者的观点与自己的观点相左时，应以温和的态度，商讨的语气与之开展讨论，即要有“长者”风度，施行善术，切忌居高临下，出言不逊。不要以“真理”掌握者自居，轻易使用“不对”、“错了”、“谬论”等否定的断语。要记住“是者可能非，非者可能有是”的格言，要有从善如流的掂量。如果作者的观点言之有理，持之有据，即使与自己的观点截然对立，也应认可并乐意接受。倘若作者的观点并不成熟、完善，也要善意地、平和地进行探讨，并给学员有辩护或反驳的平等权利。当自己的观点不能为作者接受时，也不能以势欺人，以权压理，更不要出言不逊。虽然在答辩过程中，答辩老师与学员的地位是不平等的（一方是审查考核者，一方是被考核者），但在人格上是完全平等的。在答辩中要体现互相尊重，做到豁达大度，观点一时难以统一，也属正常。不必将自己的观点强加于人，只要把自己的观点亮出来，供对方参考就行。事实上，只要答辩老师讲得客气、平和，学员倒愈容易接受、考虑你的观点，愈容易重新审视自己的观点，达到共同探索真理的目的。

4、当学员的回答答不到点子上或者一时答不上来的问题，应采用启发式、引导式的提问方法。参加过论文答辩委员会的老师可能都遇到过这样的情况：学员对你所提的问题答不上来，有的就无可奈何地“呆”着；有的是东拉西扯，与你绕圈子，其实他也是不知道答案。碰到这种情况，答辩老师既不能让学员尴尬地“呆”在那里，也不能听凭其神聊，而应当及时加以启发或引导。学员答不上来有多种原因，其中有的是原本掌握这方面的知识只是由于问题完全出乎他的意料而显得心慌意乱，或者是出现一时的“知觉盲点”而答不上来。这时只要稍加引导和启发，就能使学员“召回”知识，把问题答好。只有通过启发和引导仍然答不出或答不到点子上的，才可判定他确实不具备这方面的知识。

【拓展】

单片机毕业论文开题报告参考

1． 课题名称：

数字钟的设计

近年来，随着单片机档次的不断提高，功能的不断完善，其应用日趋成熟、应用领域日趋广泛，特别是工业测控、尖端武器和日常家用电器等领域更是因为有了单片机而生辉增色，不少设备、仪器已经把单片机作为核心部分。单片机应用技术已经成为一项新的工程应用技术。尤其是Intel公司生产的MCS-51系列单片机，由于其具有集成度高、处理功能强、可靠性高、系统结构简单、价格低廉等优点，在我国得到了广泛的`应用，在智能仪器仪表机电一体化等方面取得了令人瞩目的成果。现在单片机可以说是百花齐放，百家争鸣，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位，16位，到32位，数不胜数，应有尽有由于主流C51兼容的，也有不兼容的，但他们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供了广泛的天地。在高节奏发展的现代社会，以单片机技术为核心的数字钟越来越彰显出它的重要性。

3． 设计目的和意义：

单片机的出现具有划时代的意义。它的出现使得许多原本花费很高的复杂电路以及繁多的电气元器件都被取缔，取而代之的是一块小小的芯片。伴随着计算机技术的不断发展，单片机也得到了相应的发展，而且其应用的领域也得到更好的扩展。在民用，工用，医用以及军用等众多领域上都有所应用。为了，能够更好的适应这日新月异的社会，我们应当充实我们的知识面，方能不被时代的潮流踩在脚下。

介于单片机的重要性，我们应当对单片机的原理，发展以及应用有着一定的了解。所以，我们应当查阅相关资料，从而能够对单片机有个全方位的了解。进而将探讨的领域指向具体的国内，从而能够在科技与经济飞速发展的当今社会更好的应用这项技术。事实上，该项技术在国内有着极为广泛的发展前景，因此，通过对本课题的研究，我们因当能够充分认识到单片机技术的重要性，对单片机未来的发展趋势有所展望。

单片机的形成背景：

1.随着微电子技术的不断创新和发展，大规模集成电路的集成度和工艺水平不断提高。硅材料与人类智慧的结合，生产出大批量的低成本、高可靠性和高精度的微电子结构模块，推动了一个全新的技术领域和产业的发展。在此基础上发展起来的器件可编程思想和微处理（器）技术可以用软件来改变和实现硬件的功能。微处理器和各种可编程大规模集成专用电路、半定制器件的大量应用，开创了一个崭新的应用世界，以至广泛影响着并在逐步改变着人类的生产、生活和学习等社会活动。

2.计算机硬件平台性能的大幅度提高，使很多复杂算法和方便使用的界面得以实现，大大提高了工作效率，给复杂嵌入式系统辅助设计提供了物理基础。

3.高性能的EDA综合开发工具（平台）得到长足发展，而且其自动化和智能化程度不断提高，为复杂的嵌入式系统设计提供了不同用途和不同级别集编辑、布局、布线、编译、综合、模拟、测试、验证和器件编程等一体化的易于学习和方便使用的开发集成环境。

4.硬件描述语言HDL(Hardware Description Language)的发展为复杂电子系统设计提供了建立各种硬件模型的工作媒介。它的描述能力和抽象能力强，给硬件电路，特别是半定制大规模集成电路设计带来了重大的变革。

5.软件技术的进步，特别是嵌入式实时操作系统EOS(Embedded Operation System）的推出，为开发复杂嵌入式系统应用软件提供了底层支持和高效率开发平台。EOS是一种功能强大、应用广泛的实时多任务系统软件。它一般都具有操作系统所具有的各种系统资源管理功能，用户可以通过应用程序接口API调用函数形式来实现各种资源管理。用户程序可以在EOS的基础上开发并运行。

单片机的发展历史：20世纪70年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统。类似的单片机还有Z80微处理器。

1976年INTEL公司推出了MCS-48单片机，这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机，并推向市场。它以体积小，功能全，价格低赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。

在MCS-48的带领下，其后，各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机。到了80年代初，单片机已发展到了高性能阶段，象INTEL公司的MCS-51系列，Motorola公司的6801和6802系列等等,此外,日本的著名电气公司NEC和HITACHI都相继开发了具有自己特色的专用单片机。

80年代，世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机，约有几十个系列，300多个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的I/O接口、多种中断系统，甚至还有一些带A/D转换器的单片机，功能越来越强大，RAM和ROM的容量也越来越大，寻址空间甚至可达64kB，可以说，单片机发展到了一个全新阶段，应用领域更广泛，许多家用电器均走向利用单片机控制的智能化发展道路。

1982年以后，16位单片机问世，代表产品是INTEL公司的MCS-96系列，16位单片机比起8位机，数据宽度增加了一倍，实时处理能力更强，主频更高，集成度达到了12万只晶体管，RAM增加到了232字节，ROM则达到了8kB，并且有8个中断源，同时配置了多路的A/D转换通道，高速的I/O处理单元，适用于更复杂的控制系统。

九十年代以后，单片机获得了飞速的发展，世界各大半导体公司相继开发了功能更为强大的单片机。美国Microchip公司发布了一种完全不兼容MCS-51的新一代PIC系列单片机，引起了业界的广泛关注，特别它的产品只有33条精简指令集吸引了不少用户，使人们从INTEL的111条复杂指令集中走出来。PIC单片机获得了快速的发展，在业界中占有一席之地。

随后的事情，熟悉单片机的人士都比较清楚了，更多的单片机种蜂拥而至，MOTOROLA公司相继发布了MC68HC系列单片机，日本的几个著名公司都研制出了性能更强的产品，但日本的单片机一般均用于专用系统控制，而不象INTEL等公司投放到市场形成通用单片机。例如NEC公司生产的uCOM87系列单片机，其代表作uPC7811是一种性能相当优异的单片机。MOTOROLA公司的MC68HC05系列其高速低价等特点赢得了不少用户。

1990年美国INTEL公司推出了80960超级32位单片机引起了计算机界的轰动，产品相继投放市场，成为单片机发展史上又一个重要的里程碑。

我国开始使用单片机是在1982年，短短五年时间里发展极为迅速。1986年在上海召开了全国首届单片机开发与应用交流会，有的地区还成立了单片微型计算机应用协会，那是全国形成的第一次高潮。截止今日，单片机应用技术飞速发展，我们上因特网输入一个“单片机”的搜 索，将会看到上万个介绍单片机的网站，这还不包括国外的。随着微电子技术的高速发展，单片机在国民经济的各个领域得到了广泛的应用。首先，单片机技术不断进步，出现了许多新的技术和新的产品。本文以Intel MCS-51系列单片机为模型，阐述单片机的一般原理、应用以及单片机的影响，较为详细地介绍当前主要单片机厂家的产品系列及发展动向。主要内容包括：单片机的基本原理、硬件结构、发展趋势以及具体的应用介绍。本文主要目的是想让大家对单片机有一个更为深入的了解。

科技的进步需要技术不断的提升。试想，曾经一块大而复杂的模拟电路花费了您巨大的精力，繁多的元器件增加了您的成本。而现在，只需要一块几厘米见方的单片机，写入简单的程序，就可以使您以前的电路简单很多。相信您在使用并掌握了单片机技术后，不管在您今后开发或是工作上，一定会带来意想不到的惊喜。

数字钟的发展：1350年6月6日，意大利人乔万尼·德·党笛制造了世界上第一台结构简单的机械打点多功能数字钟，由于数字钟报价便宜，功能齐全，因此很快受到众多用户的喜爱。1657年，荷兰人惠更斯率先把重力摆引入机械钟，进而才创立了摆钟。

到了20世纪以后，随着电子工业的快速发展，电池驱动钟、交流电钟、电机械表、指针式石英电子钟表以及数字显示式石英钟表相继问世，数字钟报价非常合理，再加上产品的不断改良，多功能数字钟的日差已经小于0.5秒，因此受到广大用户的青睐。尤其是原子钟的出现，它是使用原子的振动来控制计时的，是目前世界上最精准的时钟，即使经过将近100万年，其偏差也不可能超过1秒钟。

多功能数字钟最早是在欧洲中世纪的教堂，属于完全机械式结构，动力使用重锤，打点钟声完全使用人工进行撞击铸钟，所以当时一个多功能数字钟工程在建筑与机械结构方面是非常复杂的，进而影响了数字钟报价。进入电子时代以后，电子多功能数字钟也相继问世。我国电子多功能数字钟行业从80年代开始渐渐成长壮大，目前不仅数字钟报价合理，在技术和应用水平上也已经达到世界同类水平。

4． 国内外现状和发展趋势：

纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：

1.低功耗CMOS化

MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。

2.微型单片化

现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。

此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。

3.主流与多品种共存

现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。

2018年4月17日凌晨，美国商务部宣布，将禁止美国公司向中兴通讯销售零部件、商品、软件和技术7年，直到2025年3月13日。该消息一出，在我国国内引起了轩然大波，上至中国政府，下至普通百姓都深刻意识到，中国自行设计、制造芯片已刻不容缓。一块指甲盖大小的芯片，如今已成为全球企业竞争、 科技 比拼的重要筹码。 同年，还在美国密歇根大学攻读博士的叶茂在导师推荐下，开始独立负责一门研究生课程，主讲芯片集成纳米制造技术。看着教室里不同肤色、不同国家的学生，想到闹得沸沸扬扬的中国芯片被美国“卡脖子”事件，站在讲台上传授芯片集成纳米制造技术的叶茂，心中越来越不是滋味。在密歇根冰天雪地的深夜里，有一个想法在他的脑袋里冒了出来：“我或许可以做点什么”。 当这个想法越来越多地出现后，叶茂开始为回国做准备了。“我就在想，我既然掌握着芯片集成纳米制造这门技术，为什么要留在美国给外国学生讲呢，我应该回到国内去，给国内的学生讲这些知识。”几次辗转奔波之后，2020年，叶茂正式加入北京航空航天大学。 春寒料峭，市场的需求，政策的加持，科研的创新……在“中国芯”迎来绝地反击的“春天”里，叶茂就此蓄势发力，向着更多的可能全力奔跑。 即便已经跨入而立之年，叶茂的身上仍保持着最初的那种纯粹：无畏无惧，一往无前；随心而行，随遇而安。 2007年，叶茂考进华中 科技 大学材料科学与工程学院。在大学期间，叶茂并不算一个特别勤奋和“听话”的学生，他在学习上的动力大多来源于兴趣，喜欢做什么就去做什么。有一天，他突然萌生了“想出国去看一看”的想法，于是就自己准备出国考试（托福和GRE），并拿到了奖学金，去了美国密歇根大学攻读机械工程硕士。 叶茂的硕士导师是一个印度人，在美国密歇根大学有着举足轻重的影响力和地位。叶茂来到他的门下时，获得了一份研究工作，以此可以全免学费同时还有一份科研助理的工资，是很好的待遇。叶茂问导师：“我的成绩不是最好的，简历也不是最漂亮的，这么好的待遇为什么给我呢？” 叶茂的导师回答说，因为他觉得叶茂在这项研究上很有自己的想法。在去美国之前，叶茂已经和导师有过一些交流，在交流中，针对一些研究上的问题，他给出了多种解决方案，自此给他的导师留下了深刻的印象。“他觉得这是我很大的一个亮点。”跟随硕士生导师，叶茂从事了利用纳米生物材料仿生骨支架的相关工作，并取得了一系列成果。 2014年，叶茂硕士毕业后原本打算直接工作。他坦言道：“我读博士其实是一件十分偶然的事情。”当时，叶茂刚刚找到工作，偶然在一次学术报告上碰到了刚来到密歇根大学工作的Yasha Yi教授，通过交流，两个人碰撞出了很多新的想法，然后他的博士生导师对他说：“我们或许可以实现它们（这些想法）”。就这样，叶茂放弃了到手的工作机会，选择继续在密歇根大学攻读电子与计算机工程博士。 叶茂的主要研究方向是芯片集成光电子器件与芯片集成纳米制造技术。简单来说，后者是为前者服务的，为了制造芯片集成光电器件，往往需要花大量的时间和精力在芯片集成纳米制造技术上面。自2014年起，叶茂就进入美国顶级（state of the art）大型芯片集成实验室劳瑞纳米加工技术实验室（Lurie Nano Fabrication Facility）学习基于硅基材料的纳米制造和芯片集成技术，并在之后的研究工作中逐渐掌握了这项技术。 在国外的学习期间，叶茂主要围绕可见光波段光学超构表面和超构透镜、医用闪烁体的光抓取纳米结构及芯片集成激光雷达光学相控阵（OPA）器件等方面进行了深入系统研究，取得了若干国际领先的重要成果。 叶茂开发了基于大折射率富硅基氮化硅的超构透镜设计与制造工艺体系，突破了可对抗刻蚀延迟的超构透镜和无色散超构透镜设计技术，解决了可见光波段光学超构表面和超构透镜制造难度大、成本高及存在色散等难题，研制了基于可见光波段的光栅结构超构透镜、线偏振超构透镜和具有聚焦结构的超构透镜等集成光子学器件；他开发了可用于医用闪烁体材料的光抓取纳米结构，极大地提高了常规医用闪烁体的发光效率；针对芯片集成激光雷达中的核心偏光组件，他提出了基于光学相位矩阵（OPA）和光学超构表面相结合的非机械式可控偏光方案，可极大地减小激光雷达的体积、重量和成本。相关成果已在领域内知名学术期刊发表论文20余篇，授权国际专利1项。 其中叶茂研发的可设计聚焦结构的光学方法被世界知名 科技 评论《麻省理工 科技 评论》（ MIT Technology Review ）专题报道，并指出了此技术在未来芯片光刻行业具有重要应用前景（文章题目为“为什么超构透镜即将为芯片制造业带来革命”“Why metalens are about to revolutionize chip-making”）。 在国外学习和研究多年，叶茂与导师之间的关系更像是朋友和合作伙伴，这种关系一直维持到现在。叶茂说，他和他的博士生导师都是十分理想主义的人，总想着可以做出一些东西去改变世界。因此，他们的研究十分务实，往往会考虑一些前沿技术在工业界大规模应用的可行性，比如研发比较前沿的超透镜时要去研究如何降低成本，以实现大规模生产。 在与导师及其他老师的不断交流中，叶茂越来越坚定这种价值认知：做出好的成果不是为了发论文，不是为了功与名，而是为了去改善人们的生活，让这个世界变得更好。“我们一直在朝着这个目标前进，我们在做出成果时，往往第一时间就会想到，这个能不能得到应用？跟同行业相比，它的优势在哪里？我们做研究最终的目的一定是让科研成果惠及人类，惠及世界。”叶茂说道。 就像是一场修行，叶茂在美国不断汲取知识，增长见识，提升能力，迅速成长为芯片制造行业内的知名青年学者。他表示：“芯片集成纳米制造工艺的开发是非常费精力的，但是当你亲手制造出40纳米、20纳米的结构及器件后，你了解了芯片制造工艺的每一个细节，这都是非常宝贵的经验。现在，回过头想一想，这是我在美国最大的收获之一。” 即便已经在国外打下了一片自己的天地，但是叶茂回国就职的道路依然不是顺遂的。 在美国待了7年多，叶茂不认识国内学术界任何人，只能在网上搜索求职，海投简历。好在当时国内很多学校都有海外青年论坛，一些高校对叶茂热情地发出了邀约。于是，在2018年短暂的圣诞假期，他回国一次性跑了4所高校。但这不是一次成功的旅程，相比于叶茂拿出的一些纳米制造技术和器件成果，他当时碰到的老师们似乎对简历上论文的影响因子更感兴趣。那年的冬天，他第一次知道还有论文分区这回事。 也曾有人劝叶茂先在一些高影响因子的期刊多发几篇论文，再以此为台阶回国就业。思考过后，叶茂拒绝了。“我或许可以这么做，但这并不是我做研究的初心，研究成果的价值在于它是否能推进其所在领域的进步。我觉得能真正解决问题，能真正可以应用上的研究就是好的研究。”即便2018年的那次短暂回归没什么收获，但叶茂仍然坚持回国的想法。博士毕业后，他继续做了一年的博士后研究，将之前没有完成的工作完成，并于2019年年底又回到了国内。 这一次，叶茂遇到了懂他的“伯乐”——房建成院士。在经过一番深入的交流之后，房建成院士对他说：“你的研究做得不错，我们很需要你这样的做芯片集成光电子器件与纳米制造技术方面的人才。相比论文我们更看重能实际应用的成果，能解决问题，能真正有用且好用就行。”就这样，叶茂加入了北京航空航天大学，任副研究员。 “做研究，需要找到志同道合的人，我跟房院士的想法很一致，就是做出实际有用的东西。相比发文章，我们更在乎的是能不能把芯片集成事业做起来，在自己的领域制造出中国自己的芯片并付诸产业化，改变芯片工业的格局，使中国的芯片事业追上，甚至超赶美国。”叶茂说道。 相比于芯片的设计，芯片的制造才是制约我国芯片集成事业发展的关键“短板”。如何将光电子器件进行芯片化，做得那么小的同时还降低成本，有完善的功能、好的性能、高的良品率，是一个较大的难题，而叶茂就为了解决这个难题而归。 利用多年来在芯片集成光电子器件领域的研究积累，面向国家对关键测量与导航仪器的发展需求，叶茂回国后立即开展了芯片集成量子精密测量器件理论方法与制造技术研究工作，主要包括芯片集成原子磁强计、芯片集成原子陀螺仪、功能型光学超构表面技术、面向商用的平面集成光学超构透镜等，致力于为我国在短时间内实现核心关键光电子芯片技术的突破提供强大的技术支撑。同时，叶茂还依托国家重大科研项目的开展进行了相关平台建设和教学工作。 从事科研成果多年，叶茂鲜少有负面情绪的时候。回顾自己一路走来，他说：“有问题就解决问题，我其实没有那么多时间和精力去解决情绪上的事情。” 在美国时，虽然叶茂所在团队的资源不少，但是团队的人却很少，只有他和他的师弟两个博士。那些年，就是他们两个人完成了一项又一项科学研究。在芯片集成光电子器件的制作过程会出现各种各样的问题。但是叶茂和他的师弟没有一句怨言，只是埋头工作，最终完成了多项具有严格工程指标的科研任务。“其实，我们并没有觉得很累，就是一方面有计划地去做研究，另一方面发散思维多想办法，多尝试。我们没有时间去想：这个好难，做不出来怎么办？或者说，这个太难了，不想做了。这不可能，我们既然开始做了，就一定要做出来，而且要做好。” 回国时，虽然一开始没有得到认可，但是叶茂从未想过放弃。他想的还是：什么问题都是可以解决的，只要我把成果做出来，且能用上，总有一天会有人认可的。正是这样的乐观、坚韧的精神造就了现在的叶茂。 基于原子无自旋交换弛豫（SERF）效应的原子磁强计是目前最高精度的磁场测量传感器，其理论精度可达亚飞特量级，是目前战略磁测量与医学生物磁测量设备中的核心器件。原子磁强计的芯片化将极大地缩小目前器件体积（从传统的厘米级缩小至毫米甚至微米级），降低功耗和成本，是未来高精度、微型化、阵列式量子磁传感器件的必经之路。多种军用以及医疗装备如微型量子导航系统、微型深海探潜系统、高分辨脑磁成像装置和体内介入式生物磁测量设备等，都对原子磁强计的芯片化提出了迫切需求。 2014年美国桑迪亚国家实验室受美国国家卫生研究院（NIH）和美国能源部核安全部门（DOE-NNSA）等多家单位的支持，开启了微型芯片化SERF原子磁强计阵列（OPM）原理样机的研制。此外美国国家标准技术研究所（NIST）获得美国策略环境与发展研究计划（SERDP）资助，于近年开发了适用于芯片集成制造方法的垂直键合式原子磁强计原理样机，率先开始了芯片集成原子磁强计的研究。同时，我国也在“十四五”规划中明确提出了对芯片集成量子精密测量器件的迫切需求。而对原子磁强计进行芯片化的核心就是解决芯片集成原子磁强计中光子学操控与耦合的问题，这是一项微纳光子学、芯片集成纳米制造和量子精密测量多学科交叉的卡脖子问题。 为解决这一技术难题，叶茂申请了自然科学基金青年科学基金项目“芯片化原子磁强计中集成光子学操控与耦合问题的研究”。在项目研究中，他将 探索 芯片级微小型原子磁强计中的精准光学操控方法、光/量子耦合机制，在此基础之上开发用于芯片化原子磁强计的集成光子学操控与耦合方案，最后结合微型原子系综进行集成光/量子耦合极弱磁测量实验，以期为实现芯片集成原子磁强计从无到有的突破奠定基础。 芯片集成原子磁强计中光子学操控与耦合问题的解决，是突破现有瓶颈，开发高精度、阵列式、集成化精密量子测量系统的第一步，更是实现国家“十四五”规划纲要提出迫切需求的高分辨脑磁成像、深海/深地磁探测，以及芯片化量子测量系统所要解决的核心问题。 在更加贴近人们生活的应用方面，叶茂也提道：“举个例子，我们的手机里面有陀螺仪传感器，虽然对于人们的生活已经够用了，但是其实还没有到很理想的状态。如果把量子陀螺仪做到芯片化，那手机的导航定位会更加灵敏和精确。目前，大部分自动驾驶系统依靠激光雷达作为核心测距传感器，但现在的雷达还是比较大，只能放在车顶，如果做到芯片化，不但可以减小体积，更重要的是降低成本，这样一辆车上可以安装多个不同维度扫描的芯片集成激光雷达，从而使自动驾驶更加精确和安全。” 目前，相关的工作正在有序进行当中。叶茂表示，饭要一口一口吃，路也要一步一步走。制造中国自己的芯片不是一蹴而就的，但他愿意为了这个目标不懈努力。 除此之外，叶茂以全美顶级的芯片集成超净间实验室劳瑞纳米加工技术实验室为模板，致力于建造芯片集成超净间实验室体系。芯片集成超净间实验室是微结构微系统方向重要的实验制造平台，它对未来整个电子、电气、机械、材料、生物和光学等学科可以起到重要的支撑作用。不过，平台的建设是一个长期的项目，初期的目标是以建设百级的超净间和气体净化内循环体系，人员管理和使用体系为主。5年的预期目标是可以在实验室里自行制造超越我国目前工业芯片精度的纳米结构。 “回国后，我发现国内的芯片发展已经热了。如雨后春笋般，很多制造芯片的实验室也都搭建起来了。但是，相对的，国内缺少专业的设备调试、维护及工艺开发等相关人才。”虽然实验室的建设已经提上日程，但在前期的研究当中，叶茂提出暂时使用国内建设的公共纳米制造平台。他说：“因为国家在建造芯片制造实验室方面已经花了很多钱了，我们要充分地利用好它们。相比于欧美一些成熟实验室，它们可能没有足够的工艺积累，但设备还是很好的。我们可以进行合作，利用海外的工艺经验一起开展研究攻关，提升精度，达到一个利益最大化。” 同时，叶茂也表示，为了技术的自主可控，肯定要建立自己的实验室，但是在这之前，首先要培养或引进一批相关的人才，等搭建好成熟的人才储备与管理体系，才能更好地助力实验平台的建设。 在北京航空航天大学，叶茂拟开设全英文芯片集成纳米制造课程。这门课程目前在国内学校还比较少见，即便在美国，也只有条件优秀的几所大学开设了。然而整个工业界对于电子和光学器件的趋势都在往小型化、微型化方面发展，因此芯片集成纳米制造技术不光是用来制造芯片，更是制造多种功能的新型纳米结构/器件的必经之路。这项技术在未来必然会越来越普及。依托在美国教授这门课程的经验，叶茂希望通过开设这门课程，使国内学生更加了解这项技术，为我国培养更多的芯片集成纳米制造方面的人才。 对于自己的学生，叶茂有着自己的要求和期望。一是，他希望学生拥有一颗强大的内心，不能因为研究工作难而回避，甚至放弃，要有百折不挠的精神；二是，他希望学生可以将研究的过程变快乐一点，去享受科研的过程。“经验是最宝贵的财富，哪怕这个事情你最终没有做出来，但是过程中已经积累了很多宝贵经验。如果你不去尝试，不去 探索 ，怎么可能会获得经验呢？我还是那句话，有问题解决问题，不要去逃避，不要放弃，要有把它干成的精神。” 打篮球，学习吉他，跟着短视频练就一手好厨艺……工作之余的叶茂也很认真地在生活。无论是工作，还是生活，他保持着自己的节奏，不骄不躁。对于未来，叶茂不做过多设想，也不会因为未知而焦虑，于他而言，唯一明确要做的事情，就是把握当下、拼搏努力，全身心投入到自己热爱的科研事业里。