动作邦度的宏大计谋需求,集成电途直接相闭到邦度平安和邦民经济繁荣,是当今时间消息工夫繁荣的主题、大邦博弈的重心、当之无愧的邦之重器。
集成电途工夫动作环节主题的微电子工夫,其实质是采用微细加工的想法,尽能够使电子体系微型化。历经半个世纪,微电子工夫的繁荣仍然惹起了消息体系的广大改变,长远更动了人类社会的方方面面,有力促使了当今消息时间和将来智能时间的繁荣。
跟着电子科技水准连续降低,微电子器件的效用越来越众,尺寸慢慢向纳米并轨,随之映现的是微电子器件和集成电途创设工夫滞后、牢靠性无法确保等一系列题目。加之种种集成电途产物面临的操纵情况日趋杂乱,集成电途的牢靠性题目已成为事闭微电子工夫繁荣的范围性瓶颈。尤其是操纵于航天的电子体系,除了数目广大、品种繁众以外,还要面对太阳辐射、宇宙射线等对其形成的影响。
正在微电子工夫产物连续更新换代的需求之下,奈何均衡其范围连续变大、尺寸连续缩小、密度连续填充等与集成电途牢靠性之间的抵触?西安电子科技大学微电子学院讲授刘红侠和她领导的科研团队即是逛刃正在众个抵触要素之间帷幄果断、废寝忘餐的科学家群体之一。
1986年,“离间者”号航天飞机爆炸以致7名宇航员遇难;2003年,“哥伦比亚”号的误事又形成了7名宇航员丧生;1996年,我邦行使“长征三号”乙运载火箭发射邦际通讯卫星708,因为一个电子元器件失效,火箭正在燃烧腾飞22秒后触地爆炸;2002年,俄罗斯实行的“光子M”邦际太空测验室发射惨遭朽败……这些变乱的产生,都与微电子器件的牢靠性闭连。
跟着半导体器件的平常操纵,质地和牢靠性仍然成为人们普及闭怀的重心,尤其正在邦防、航天、航空等尖端工夫规模有着举足轻重的名望。自20世纪90年代从此,牢靠性工程向着更深、更广的目标繁荣,强化牢靠性商量仍然成为邦度降低军械装置战役力、降低航空航天等规模高工夫水准的苛重要领。
器件牢靠性商量面对苛苛离间。奈何才华助力促使微电子和集成电途牢靠性闭连科研的繁荣?刘红侠领导团队将商量的出力点,放正在了对集成电途抗辐照规模的接连攻闭上。“聚焦抗辐照工夫商量,助力尖端邦防”成为该团队的一大特征事务。
为什么要聚焦集成电途抗辐照工夫商量?20世纪70年代到80年代中期,海外发射的39颗同步卫星中,产生的总毛病次数为1589次。此中,有1129次和空间的辐射相闭。由此可睹抗辐射加固工夫商量的苛重性,它已成为范围航空航天事迹繁荣的瓶颈题目。近年来我邦航天工夫繁荣连忙,然而卫星和宇宙飞船的某些环节电子元器件依然依赖进口,航天事迹的连忙繁荣急迫须要高本能、抗辐射的主题电子元器件。跟着集成电途的操纵情况日趋杂乱,抗辐射加固的题目仍然成为微电子行业繁荣务必直面的苛重困难。藏身邦度高精尖规模匹敌辐射商量的急迫需求,众年耕作,刘红侠及其团队获得了一系列的改进冲破:
高本能数字信号管制器(Digital Signal Processor,DSP)是修筑当代化军械装置的根基型器件。跟着天基预警、星际通讯、星际成像、天基窥伺等慢慢成为将来军械体系主战装置,对体系谋略才华和及时管制才华的央浼快速上升,急切性越来越强。采用纳米级体硅CMOS工艺策画的DSP,易受空间辐照单粒子和总剂量等效应影响,导致轨范实施分外、数据通讯纷乱、轨范跑飞以至器件电途销毁等毛病,重要吓唬星载消息管制配置的牢靠性。
与体硅CMOS工艺比拟,全耗尽绝缘硅上体(Fully Depleted Silicon On Insulator,FDSOI)工艺的埋氧层阻断了衬底与有源区的寄生PNPN组织,具备SEL免疫的抗辐照才华。基于这些特质,始末深远搜索,刘红侠领导团队针对纳米FDSOI集成电途工艺要求,发展了高工艺抗辐照DSP管制器环节工夫商量。
他们树立了基于纳米集成电途工艺工夫的辐照物理毁伤模子,采用工夫要领对自决高本能DSP管制实行了架构策画和敏锐部件加固。闭连成绩能够加快缩短我邦正在高本能抗辐照集成电途规模与海外的差异,治理限制星载消息管制平台高本能高牢靠需求的瓶颈题目,为我邦空间及时消息管制体系供应强有力的工夫支柱。
正在闭连规模,刘红侠领导团队基于商用高工艺的芯片体系级抗辐照工夫商量,行使商用高工艺和SOI的抗总剂量才华填充、闩锁免疫的工艺上风,冲破了芯片体系级抗辐射加固工夫。对单粒子效应的辐照敏锐部件采用树立抗辐照单位库、冗余等众种工夫要领实行加固,为航空航天及军械装置用电子配置的抗辐照加固供应了苛重的外面根据和环节工夫。
纳米级器件的单粒子效应SEE(Single Event Effects)是航天操纵首要面对的辐射效应之一,但纳米MOS器件和集成电途中的远隔组织和金属淀积前的层间介质对器件和电途的辐射效应影响重要,器件辐射相应性子变得更杂乱。
为了对纳米MOS器件接纳更有用的加固手段,刘红侠领导团队对辐射毁伤形式与微观机制睁开了深远商量,树立了辐射毁伤的新型高k栅纳米MOS器件外征格式和物理模子,为硅基纳米MOS器件的辐射效应筑模供应了分解根基。闭连项目标施行,大幅降低了我邦体硅纳米集成电途的抗辐射水准,明显晋升了纳米级器件和集成电途的抗辐射原始改进才华。她和团队还针对纳米工艺节点展示的新组织和新工艺器件的抗辐照集成电途根基商量的须要,繁荣了闭连模子和辐照毁伤外面。
为了敷裕外现全耗尽绝缘硅上体器件的优异本能,刘红侠及其团队通过分解商量总剂量辐射效应对FDSOI器件形成的辐射毁伤形式和机理,提取了FDSOI器件辐射毁伤外征的环节敏锐参数,通过例行试验验证了所提出的辐射牢靠性加固格式的正确性和有用性。基于进步的测试工夫,他们提出了精准的FDSOI器件抗辐射电性子退化牢靠性外征格式,树立了辐射效应协同仿真评判平台。首要商量成绩已正在FDSOI器件的抗辐射才华评判工夫中获得操纵。
从上苍穹助力航天梦圆,到深商量降低军械装置战役力,以集成电途抗辐照商量为“剑”,刘红侠领导团队劈开了一条助力邦防、航天、航空等高尖端工夫跨加倍展的牢靠之途。
从1958年J.Kilby发觉第一块集成电途芯片掀起寰宇电子资产的一场革命至今,集成芯片仍然不光操纵于航空航天、邦防军事等高精尖规模,况且分泌到邦民经济、社会、存在的每个角落,成为邦度计谋性支柱资产。始末几十年繁荣,我邦正在闭连规模获得了可喜前进,但限制中邦集成电途资产繁荣的首要题目依然凸显,走自决改进的道途成为举邦共鸣。
新世纪前后,消息社会对集成电途的集成度央浼越来越高,促使人们连续搜索可能冲破器件尺寸极限的途径。推拿尔定律繁荣的集成工夫进入了全新时间。跟着微/纳电子工夫的繁荣,单块芯片的效用越来越健壮,封装体积越来越小,对芯片的本能和牢靠性提出了更高的央浼。
早正在众年前,刘红侠就仍然知道认识到自决改进的苛重性,藏身邦民经济和社会繁荣的宏大计谋需求,她领导团队正在纳米CMOS器件和集成电途失效机理与牢靠性环节工夫规模深耕细作,相持自决改进,获得了诸众标记性成绩。
这些改进性的商量成绩席卷:杀青了纳米CMOS器件和集成电途失效机理、物理模子和寿命预测,而且操纵到12英寸大临蓐工夫中;开拓了纳米CMOS器件和集成电途牢靠性预测平台,用于本质的工艺临蓐线中,可能有用评估热载流子效应、等离子体工艺惹起的薄栅氧化层毁伤和集成电途铜互连的电转移寿命;基于纳米CMOS集成电途大临蓐工夫的急切需求,研发超薄高k栅介质工艺工夫、新型应变Si工艺工夫、新型CMOS器件组织和制备工夫等环节工夫等,是一批具有自决学问产权的改进成绩。
伴跟着一个又一个改进成绩的操纵,系列根植正在白手起家、自决改进认识上的改进工夫,使我邦正在闭连规模的积聚外露出根深叶茂的上风。为进一步重逢更众人到场这一事迹中来,正在系列改进冲破的根基之上,刘红侠领导团队胜利构制了由高校、商量所和企业构成的产学研研发团队,以企业为集成平台,正在相闭邦民经济繁荣命根子的环节工夫规模实行自决改进,有用施行了将改进成绩直接操纵到大临蓐变成临蓐力的形式,鼓吹了我邦集成电途创设工夫规模自决改进研发编制的树立和繁荣。
闭连项目成绩使我邦集成电途创设工夫水准达成了1~2代的工夫逾越,助助我邦成为驾御现在邦际最进步CMOS集成电途大临蓐工艺创设工夫的少数邦度之一。团队商量的怒放式纳米CMOS器件和集成电途牢靠性环节工夫,为我邦集成电途策画、创设,新资料和新器件等工夫研发,供应了产学研用联络工夫平台,为新一代集成电途环节工夫研发奠定了坚实根基,有用促使了我邦集成电途工夫自决改进才华和主题角逐力降低,对我邦集成电途工夫和资产繁荣具有里程碑功用和计谋意旨。
通过自决改进,刘红侠及其团队将与纳米器件牢靠性闭连的环节主题工夫驾御正在我方的手中,用中邦人我方的力气为我邦集成电途资产的牢靠繁荣保驾护航。
动作西安电子科技大学微电子器件牢靠性商量目标的商量发动人,刘红侠把我方的灵敏和热中都贡献给了这一规模。但回过头来看,她与半导体的结缘过程,原来是后期偶得。
刘红侠乐称我方是“小岁月极不开窍的不起眼的孩子”。正在青年发展的那段日子里,刘红侠从没思过我方有朝一日能够和半导体商量结缘。直到她考入西北大学半导体物理专业的岁月,对我方将来要商量的对象也仍旧懵懵懂懂。
刘红侠追念我方真正“开窍”,是正在邻近高考的岁月,“由于看到有不少勉力的复读寿辰夜奋战,抱着能有个大学上就能够了的思法的确太冲弱了”。运道眷顾了这位后期勉力的女孩。高考收获出来,出于保底的思法,她填报了西北大学,自此更动了人生的航向。
初入大学校门,刘红侠就像是掀开了通往更广博寰宇的大门,第一次有了拆收音机商量的思法、第一次听到了纯粹的英语发音……从那岁月起她显著感受到我方各方面的缺乏,振奋向上的小陀螺开首转了起来。“我当时也不太能思明了我方要做什么,但务必先定下一个小标的。”正在进步心的慰勉之下,她简直每天闲暇时辰都泡正在藏书楼,一心研究换来了理思的收获。“专业科目像半导体物理、固体物理、集成电途等课程常常能考到98、99以至是100分。”刘红侠略带自大地说道。
依附优异的收获,刘红侠正在结业时毫无顾虑地获得极少有的保研名额,正在大家投来赞佩目光的岁月,她却做出了让人惊诧的放弃读研的决断。“当时不太懂,就认为这几年通过研习仅仅记住了书本上的学问,但还不明白书本学问到底和实行奈何联络。更加是我方能抵达商量生央浼的改进性成绩和水准吗?”末了她遴选分拨到老牌的邦营企业西电公司。
刚到西电公司的一年众时辰里,刘红侠深远一线随着车间主任师傅研习工艺,积聚了厚实的实行经历。正牌大学结业的她获得了单元的珍视和认同。跟着时辰的推移,刘红侠越来越感受我方的外面学问依然存正在缺欠,“良众东西做不出来,干焦急使不上劲儿。”这时候她有过苦恼,也曾长远地反省过我方:当时轻车熟途地放弃读商量生深制的机缘是不是错了?几番接头后,她做出了要重回高校晋升我方学问和能力的决断。这回她要考取的标的是世界名校——西安交通大学。
目标既定,唯有风雨兼程。与青少年光阴的懵懂分歧,此时的刘红侠懂得奈何为定下的标的奋力拼搏。当时工场仍旧6天事务制,留给刘红侠的温习时辰就惟有事务昼夜间和周日。每到研习时辰,她城市风雨无阻地骑着自行车到学校研习。那是段难忘的拼搏韶光,遇上下雨雪的冬天,自行车很难骑,常常会滑倒摔跤。正在云云的穷困检验之下,她的心坎从没思过放弃,心心念念的是奈何最早地赶到教室抢占第一排的绝佳位子,奈何能更好地消化教员讲的学问,奈何能考到更高的分数……业精于勤荒于嬉,依附发愤勉力,刘红侠最终如愿考取原“985”名校——西安交通大学。
雁塔下、曲江边,西安交通大学这所曾为促使我邦科技前进作出苛重功绩的巍巍学府名师群集、应有尽有。刘红侠所正在的学科也会面了以罗晋生、刘恩科、朱秉升等为代外的老一辈我邦半导体学科涤讪人。正在刘红侠的印象中,罗晋生教员眼神锐利、学识博识、才情乖巧。他讲的专业课很有深度,板书也异常美丽。洗浴正在云云具有深重文明内幕的情况里,细听恩师教化,为她奠定了坚实的科研根基。
1995年6月,刘红侠利市获取西安交通大学电子工程系半导体器件物理硕士学位。不懈勉力的她一连攀爬象牙塔,到西安电子科技大学攻读博士学位。
西安电子科技大学是中邦最早的邦防工业核心军校之一,前身是等老一辈革命家亲手创筑的无线年来,学校变成了明确的电子与消息学科特征与上风,成为邦内最早树立消息体系工程、雷达、微波天线等专业的高校之一,并成立了我邦电子与消息工夫规模众项第一。正在刘红侠的印象中,那时的“西电”相较周边其他学校具有更为厚实的电脑资源,“每名学生都能具有我方独立的一台电脑”。带着云云纯真朴实的思法,再加上之前与西电有精细的相闭和配合,刘红侠很容易就找到了我方心仪的团队——由郝跃讲授(后被选中邦科学院院士)元首的西安电子科技大学微电子学商量团队。
随从郝跃院士,刘红侠从博士阶段开首从事纳米器件物理与集成电途牢靠性的闭连科研事务,首要是盘绕纳米器件的筑模,纳米集成电途创设的牢靠性、制品率及寿命分解等睁开深远搜索商量。正在她当年接触纳米器件牢靠性闭连商量的岁月,这一学科仍旧比拟小众的学科。依附众年的勉力发愤及积聚的厚实经历学问,刘红侠功劳了一系列改进冲破,回报也是相继而至。2000年破格晋升副讲授,2002年破格晋升讲授,2003年拣选博士生导师……先后成为华山学者领军讲授、校学科发动人和校学术发动人、获取IEEE-EDS凸起功绩女科学家、教学部新世纪精良人才、陕西精良留学回邦职员、陕西青年科技奖、精良留学回邦职员、陕西精良博士后等荣耀称呼。
大家眼中,刘红侠冲破本身限制,一块突飞大进,惟有她心坎明白,这此中阅历众少曲磨难难。从原本的“小透后”,到今朝成为学科发动人。这世间,哪有什么大器晚成,只然而是心里深处不甘于凡俗的召唤。也恰是这种不服输的内幕,助助她和所正在的团队,杀青了一次又一次科研上的改进冲破……
“面临寰宇百年未有之大变局,咱们微电子人要相持面向寰宇科技前沿,面向经济和社会筑筑,面向邦防和邦度平安,面向百姓康健,紧抓集成电途资产,繁荣自决芯片,达成更众‘从0到1’的逾越。”正如刘红侠的带途人郝跃院士所说的那样,动作“微电子人”中的新力量,西安电子科技大学微电子学院不停冲正在邦度鼎力胀动集成电途资产自决改进的海潮前沿,而刘红侠以融入此中为傲,且领导团队通过众年搜索开荒出了一片宇宙。
这是一支气氛亲睦、互助互助jnh、主张配合共赢的团队。刘红侠动作发动人赐与队员敷裕的教导,推崇私人专长为其订定适合的商量课题。这些年,团队提拔博士40余名、硕士280名,正在读博士13名、硕士35名。
对准前沿和邦度所需,始末众年积聚,今朝刘红侠的团队仍然变成了纳米器件物理与牢靠性商量、宽禁带半导体资料与新组织器件、超大范围集成电途策画与优化、高速半导体器件与集成电途和纳米集成电途的创设工夫等众个商量目标。课题遮盖资料、器件、工艺和电途策画等。此中,基于RRAM神经元电途和纳米集成电途光电芯片策画属于现在邦际科技前沿规模,吻合后摩尔时间集成电途芯片的繁荣趋向。
近年来,刘红侠领导团队先后主理负责邦度原“973”项目、邦度原“863”项目、邦度自然科学基金核心项目、教学部核心项目等邦度级和省部级科研项目众项。尤其正在少许苛重规模集成电途牢靠性商量方面,刘红侠及其团队有杰出的功绩。
这些年针对闭连集成电途操纵情况杂乱、质地等第高、牢靠性央浼苛、试验周期长的近况,他们核心发展了星载项目分解、环节牢靠性工夫商量、牢靠性平台筑筑等事务,获得了一系列苛重成绩,席卷治理了界面态和氧化层罗网电荷离散工夫及抗辐照DSP存储体系加固工夫;树立了众个与抗辐拍照闭的验证和评判平台;杀青集成电途众标的优化策画,鼎力促使了集成电途统计优化政策和适用化等,为鼓吹邦度军事、航空航天等苛重规模的微电子器件繁荣作出了苛重功绩,先后获取邦防科技前进奖一等奖、二等奖,消息资产部科技前进奖等苛重奖项。
良众岁月,刘红侠须要走到聚光灯下,去映现科研成绩,与邦外里同行实行疏导相易。她可爱这种相易碰撞的气氛,能广结人脉、宽广头脑。从进入高校后,她就开首踊跃“走出去”,先后众次出访欧美实行学术与配合相易:2003年为英邦曼彻斯特大学拜访讲授,与邦际出名微电子学专家Prof. A.R.Peaker配合商量纳米器件牢靠性;2011年为美邦范德堡大学高级拜访讲授,与工程学院院长Prof. Kenneth F. Galloway和电子系主任Prof. Dan Fleetwood配合商量抗辐射微电子器件和集成电途;2015年为美邦弗洛里达大学高级拜访讲授,与Prof.J.J Liou配合集成电途的静电放电毁伤防护工夫。
众年间,刘红侠先后担负科技部邦际科技宏大配合盘算、邦度原“863”盘算、邦度自然科学基金、陕西省宏大改进盘算评判专家,邦外里众家期刊编委和评阅人。她曾众次到场并构制举办邦际学术集会,担负2021年邦际集会IEEE ASICON大会共主席、2012年邦际集会IEEE ICSICT共主席、2009年邦际集会IEEE EDSSC出书主席等。固然构制营谋很费精神和时辰,但刘红侠异常承诺做疏导的纽带,同时和邦际著名专家面临面相易研究。
春播桃李三千圃,秋来硕果满神州。置身高校众年,刘红侠仍然完整融入到这片膏壤撒播桃李清香,先后主讲“超大范围集成电途牢靠性”博士商量生学位课程、“微电子器件牢靠性策画”硕士商量生学位课程和“集成电途创设工夫”本科生必修课程;每年教导博士商量生2~3名、硕士商量生10余名。依附卓异出现,刘红侠先后获陕西省改进在行和精良归邦粹人、十佳先生等众项荣耀称呼。
岁月不负有心人。“人须正在事上检验,熬得住方成大器。”刘红侠一直不认为我方今朝胜利了,但确实由于一段时辰的刻苦付出和相信积聚,她达成了一个又一个心中的小标的。“并没有什么胜利诀窍,无非是正在别人饮茶、停歇的岁月,你众拿出了一点时辰做了我方思要做的事件。”
海潮之上,急流勇进。活着界半导体集成电途资产,尤其是微纳电子工夫行业海潮翻涌、大浪淘沙之际,“侠之大者,芯系邦度”。虽为女子,但刘红侠相信伴跟着越来越众的人融入这项伟大事迹之中,肯定能为促使我邦集成电途工夫伫立潮头保驾护航。
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