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微电子科学技术发展到今天,ULSI已能在单个芯片上集成108 - 109个晶体管,为了提高ULSI性能价格比,器件的特征尺寸将进一步缩小,至少在21世纪上半叶,ULSI的主流技术仍将是特征尺寸不断缩小的硅技术。目前ULSI领域研究的热点是特征尺寸缩小到50纳米以后遇到的新型器件结构、工艺、材料以及集成技术等。

ULSI科学与技术研究所自"六五"以来长期从事新器件、新工艺、新材料及相关领域研究,形成了ULSI器件与材料、集成技术与TCAD技术紧密结合的学术优势。 2000年作为首席科学家单位主持了"系统芯片中新器件新工艺的基础研究"973课题,另外还承担了30余项国家重大科技攻关、863、国家自然科学基金、国际合作等科研项目,已经成为我国从事ULSI新器件和集成技术研究的主要研究基地之一。

本研究所的主要研究方向包括:ULSI新结构器件及其制备工艺、ULSI器件中的新型材料、TCADMOS器件可靠性物理及应用、固态量子电子器件等。主要研究内容包括:

(1) ULSI新结构器件
o 亚50纳米新型半导体器件:双栅器件、垂直沟道器件等
o SOI CMOS技术(SOI器件及SOI RF电路)
o 多晶硅发射极双极集成电路技术
o GeSi/Si HBT

(2) ULSI器件中的新型材料研究
o 新型高k栅介质材料和材料结构
o 新型栅电极材料
o 材料结构和制备工艺技术

(2) TCAD
o 亚50纳米器件输运理论和模拟方法
o MOSFET量子效应模型和算法
o 系列深亚微米SOI器件模型和器件电路模拟软件
o Monte Carlo半导体器件模拟软件
o 半导体工艺模拟技术

(4) MOS器件可靠性物理及应用
o 微小尺度MOS器件可靠性表征方法
o MOS器件可靠性分析模型
o MOS器件寿命预测方法

(5) ULSI新结构器件制备关键工艺
o 超细线条制备技术
o 超薄栅介质制备技术

(6)固态量子电子器件
o 碳纳米管场效应晶体管研制及理论研究
o 共振隧穿器件

已经取得的代表性研究成果有:

开发出包括抑制边缘晶体管和衬底浮置效应等关键技术的薄膜CMOS/SOI电路全套工艺,应用该工艺成功地研制出用于单片机控制系统的SOI 专用译码器电路和遥感卫星控制的抗辐照SOI 专用集成电路。

提出并研制了SOI退火推进型栅控混合管(DGCHT)新结构,获得发明专利。采用互补多晶硅栅和凹陷沟道技术于1997年成功地研制出沟道长度为0.15mm性能优良的新型凹陷沟道全耗尽SOI MOS器件和CMOS/SOI环形振荡器电路。提出了多种纳米量级新型结构器件,正在申请专利。
开发了系列深亚微米SOI器件模型和CMOS/SOI电路模拟软件,并将这些模型嵌入到通用电路模拟软件SPICE中,实现了深亚微米CMOS/SOI电路的正确模拟。提出了描述反型层量子化和直接隧穿效应对阈值电压影响的模型。编制了Monte Carlo器件模拟软件,可以自由地处理不同的模拟过程,能够适应未来新结构器件的要求。

MOS器件可靠性预测研究中创建了比例差值算符新概念,在国际上首先实现了对新生缺陷的三个基本物理量(矩心、密度、俘获截面)的在线检测及参数提取,所研制的可靠性预测系统已应用于器件可靠性的预测,并被Motorola用于分析0.25微米以下器件的寿命。

多晶硅发射极超高速双极集成电路技术研究中,用多晶硅发射极自对准技术和自主创新的深槽隔离技术和自对准钴硅化物等多项技术,突破平均门延迟50ps。提出了一个更为全面反映物理过程的解析模型,科学地解释了多晶硅发射极晶体管的温度特性,在国际上被引用认为是代表性的模型之一。

已在IEEE Electron Device LettersIEEE Transactions on Electron DevicesSolid-state Electronics等国内外权威刊物上发表近二百篇论文。