SOI技术的抗辐照能力报告.doc

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1、SOI技术的抗辐照能力报告目录SOI技术的定义：3SOI技术的特点：4空间辐射问题：6电子元器件所受到的辐射效应分类7常用的四种抗辐射材料：8SOI抗辐照技术9SOI技术的抗辐射指标9SOI技术和体硅CMOS技术两种技术抗辐射效应的对比9SOI器件实例：10SOI技术的应用：10SOI技术国际主流公司：11SOI产业联盟：12国内SOI技术研究：12SOI技术的市场份额：13SOI技术的定义：SOI技术是指：在硅衬底上嵌入绝缘体埋层，再在埋层上生长单晶硅薄膜的材料制备技术。SOI是英文SiliconOnInsulator的缩写，指的是绝缘层上的硅。SOI技术是指在绝缘层上形成一层具有一

2、定厚度的单晶半导体硅薄膜的材料制备技术。SOI材料可实现完全的介质隔离，与由PN结隔离的体硅相比，具有无闩锁、高速率、低功耗、集成度高、耐高温等特点，在便携式电子产品、航天、卫星通讯等领域均受到普遍重视，被称为“21世纪的微电子技术”。SOI(Silicon-On-Insulator)字面意思是绝缘体上硅，可以理解为一种特殊结构的硅材料。而SOI技术却包含非常丰富的内容。SOI技术也包括材料、器件和集成电路制造技术。SOI技术的特点：SOI技术作为一种全介质隔离技术，有着许多体硅技术不可比拟的优越性。在SOI技术中，器件仅制造于表面很薄的硅膜中，器件与衬底之间由一层隐埋氧化层隔开，正是

3、这种独特的结构使得SOI技术具有了体硅器件所无法比拟的优点。SOICMOS器件具有功耗低、抗干扰能力强、集成密度高（隔离面积小）、速度高（寄生电容小）、工艺简单、抗辐照能力强，并彻底消除了体硅CMOS器件的寄生闩锁效应等优点。随着SOI顶层硅膜厚度减薄到全耗尽工作状态（硅膜厚度小于有效耗尽区宽度）时，全耗尽的SOI器件将比传统SOI器件具有更优越的特性，这种全耗尽SOI结构更适合于高性能ULSI和VHSI电路。综合来说，SOI器件和电路主要具有如下特点：A、抗辐照特性好：SOI技术采用全介质隔离结构，彻底消除了体硅CMOS电路的闩锁(latch-up)效应，且具有极小的结面积，因此具有

4、非常好的抗软失效、瞬时辐照和单粒子（α粒子）翻转能力。B、功耗低：功耗包括静态功耗和动态功耗两部分，其中静态功耗Ps依赖于泄漏电流和电源电压，即，在全耗尽SOI器件中，陡直的亚阈值斜率接近理想水平，泄漏电流很小，静态功耗很小；动态功耗由电容C、工作频率f及电源电压决定：，在全耗尽SOI电路中，结电容降低且具有极小的连线电容，因此动态功耗也大大降低。C、速度高：全耗尽SOI器件具有迁移率高（器件纵向电场小，且反型层较厚，使表面散射作用降低）、跨导大、寄生电容小（寄生电容主要来自隐埋二氧化硅层电容，远小于体硅MOSFET中的电容，它不随器件等比例缩小而改变，且SOI的结电容和连线电容都很小

5、）等优点，因而SOICMOS器件具有极好的速度特性，这一优势随着ULSI技术向深亚微米水平发展，变得越来越突出。因寄生电容小而导致电路速度提高这一特点在由部分耗尽层所制备的电路中也同样存在。D、特别适合于小尺寸器件：全耗尽SOI器件的短沟道效应较小，不存在体硅CMOS电路的体穿透问题，能自然形成浅结，泄漏电流较小，亚阈值曲线陡直，所有这些都表明全耗尽SOI结构特别适合于超深亚微米器件。E、集成密度高：SOI电路采用介质隔离，它不需要制备体硅CMOS器件所需要的阱等复杂隔离工艺，器件最小间隔仅仅取决于光刻和刻蚀技术的限制，集成密度大幅度提高。F、特别适合于低压低功耗电路：在体硅CMOS集

6、成电路中，由于体效应的作用，降低电源电压会使结电容增加，驱动电容减小，导致电路速度下降；而在薄膜全耗尽SOICMOS集成电路中，这两个效应都很小，低压全耗尽SOICMOS电路与相应的体硅电路相比具有更高的速度和更小的功耗，更适于低压低功耗集成电路。G、成本低：一般认为，SOI是一种理想的ULSI技术，只是成本较高。实际上这是一种误解，SOI技术除衬底材料比体硅材料价格高之外，其他成本均低于体硅。SOICMOS电路的制造工艺比典型体硅工艺至少少用三块掩模版，减少13%～20%的工序；由于电路尺寸缩小，相同电路的芯片面积可降低1.8倍，浪费的面积可减少30%以上。由此可见，SOI结构能有效

7、地克服体硅材料的不足，充分发挥硅集成技术的潜力，它在高性能ULSI、VHSI、高压、高温、抗辐照、低压低功耗、存储器及三维集成等领域均有极其广泛的应用。空间辐射问题：航天器在空间中面临着严酷的辐射环境，辐射源包括银河宇宙射线辐射、太阳耀斑辐射和地球辐射带辐射等。如图1和图2所示：图1航天器面临的辐射环境图2空间辐射来源的分类电离辐射对集成电路芯片的影响主要是在硅片中产生电荷和缺陷，从而引起器件的阈值电压漂移，跨导降低，亚阈值电流增大，低频噪声增