SOI工艺与器件技术课题组包括SOI技术与应用、可配置SOI技术、异质融合技术等方向。
SOI技术与应用方向：空间辐射环境对航天器产生辐射损伤，导致功能故障、失效或损坏。我国发射航天器数量已位列世界第二，对抗辐照元器件的需求日益提升。自主研发高端抗辐照集成电路是确保我国航天技术稳定可靠发展的基石。SOI技术与体硅技术相比，具有如下特点：全介质隔离、器件寄生电容小、速度快、静态功耗低；抗单粒子能力强；抗电离总剂量能力面临挑战；抗ESD能力面临更大挑战。
1、SOI中的埋氧层为电路的抗总剂量辐照能力带来了挑战。针对以上问题，开发了变掺杂的斜角分层沟道注入技术，使SRAM抗总剂量能力提升至大于300krad(Si)，达到国际先进水平。
2、SOI的全介质隔离结构使器件静电放电防护（ESD）能力成为难点。针对以上问题，开发了基于RC耦合NMOS结构及智能电阻结构的全局保护技术及维持电压可调的SCR结构，系统地攻克了SOI技术抗ESD防护难题，使SRAM产品抗静电达8000V。
3、在模型方面，引入寄生二极管和寄生电阻，使器件模型精度提高20%以上，达到工程应用的精度标准；引入寄生受控电流源，准确拟合了器件总剂量辐照后界面态对不同偏压下器件漏电造成的影响。
4、在工艺方面，开发了0.18 m和0.35 m的抗辐照SOI CMOS关键工艺模块，通过各工艺步骤的协同优化，贯通了抗辐照SOI完整工艺流程。
5、改善抗单粒子翻转（SEU）能力是超深亚微米抗辐照SRAM的挑战之一。针对以上问题，提出并实现了一种抗辐照SRAM存储单元，使SRAM存储器在GEO轨道的单粒子翻转错误率（SER）优于10-12upset/bit/day。
SOI工艺器件及单元SEM照片
4M、8M和16M SRAM存储器电路
可配置SOI技术方向：传统SOI器件受到隔离氧化物电荷俘获和寄生双极放大等效应影响，其抗总剂量、单粒子和瞬时剂量率水平难以进一步提高，无法满足深空探测等型号任务更加严苛的芯片抗辐射能力需求。2022年，抗辐照器件技术重点实验室基于自主开发的可配置SOI（CSOI）成套工艺，成功研制出无抗辐射短板的SRAM存储器芯片，实现抗总剂量9 Mrad(Si)、单粒子闩锁免疫、单粒子翻转阈值99.8 MeV cm2/mg等核心抗辐射指标，其综合抗辐射能力远高于国内外工业和学术界SRAM存储器水平，已在相关型号中开展应用。
CSOI器件结构
背偏调节电路及背偏抗辐照加固效果
异质融合技术方向：传统SOI晶圆的氧化层热导率低，导致器件自加热效应显著，因此需要寻求热特性更适配的材料体系解决方案。半绝缘SiC、金刚石等材料的热导率高、隔离性好，可以作为SOI晶圆的绝缘层和handle硅的有效替代材料。抗辐照器件技术重点实验室基于传统SOI技术经验，打通异质晶圆材料、工艺器件、验证电路的研发链条，拟研制出用于耐高温、大功率、高频电子器件的极具潜力的异质融合成套技术。
（a）SiC上Si异质结构 （b）传统SOI结构
课题组负责人：
课题组负责人邮箱：liufanyu@ime.ac.cn
抗辐照器件技术重点实验室