【本所2007年科研成果与奖励情况 】

•　THU RSA-1024成功开发第二代居民身份证专用芯片，已在全国大规模应用

　　我国的居民身份证制度自1984年起开始实行以来，20年来第一代身份证已经累计发行了约13亿张。随着社会经济不断发展，人口流动更加频繁，日益暴露出第一代身份证不能机读、防伪造能力差的缺点，已经难以适应当前社会发展的需要。清华大学微电子学研究所联合清华同方股份有限公司于2001年12月成立了北京清华同方微电子有限公司，根据国家需求共同合作进行第二代居民身份证专用芯片的研发，至2003年已经完成了该专用芯片及模块的研制、设计定型和生产定型等阶段任务，并通过了信息产业部的相关鉴定。该芯片是一种专用于我国第二代居民身份证的IC卡芯片，采用射频无线通信技术实现非接触式读写方式，具备大容量不挥发存储能力，以及使用高强度认证算法保障安全性，兼容ISO/IEC 14443 Type-B标准，并具有重要数据的防意外丢失和防意外掉电保护机制等安全和可靠性能。该项成果性能指标达到或超过了目前国外同类型产品的先进水平，并已于2004年起开始大批量生产和供货，保证了国家全面换发第二代居民身份证的需求。截止2007年底全国已实际换发6.8亿张，从而使中国成为世界上第一个采用电子身份证件实现数亿人口现代化信息管理的大国而举世瞩目。本项目成果充分体现了产学研结合促进自主创新成果产业化，培育了包括芯片制造、模块封装、制卡制证、读写机具以及应用系统等数百亿规模的产业链与市场，创造了很大的经济效益和社会效益，该成果荣获2004年度北京市科技进步奖二等奖。

•　完全国产化的公用电话IC卡专用芯片获国家科技进步二等奖

　　清华大学微电子学研究所研制成功的完全国产化的公用电话IC卡专用芯片，经大唐微电子公司的产业化努力，已在国内集成电路企业形成大规模生产供货能力，是获中国电信入网许可并在国内批量应用最大的国产IC电话卡。目前该电话卡的销售量已超过数亿张，并首次出口欧洲。该项成果荣获2001年度北京市科技进步一等奖、2002年度国家科技进步二等奖。

•　数字信号处理算法芯片设计关键技术获北京科技进步二等奖

　　研制成功代表现代密码学发展方向的公钥密码模幂乘运算芯片THM256，它采用0.8微米工艺，在90MHz工作频率下进行RSA系统加解密的速度达到117Kbpi，达到国际先进水平，为我国信息安全提供了有价值的技术来源。该项技术成果《数字信号处理算法的芯片设计关键技术》荣获2001年度北京市科技进步二等奖。

•　在新型微纳电子器件研究及系统级封装技术方面

　在量子计算与固体实现及超导量子器件的国际前沿寻求突破

    随着微电子学的发展，器件微型化带来的量子效应将影响现有器件的运行模式，而在这种尺度下电子材料呈现出许多新的量子现象和效应，它们有可能被用来研制具有新功能、基于新原理的电子器件。量子计算机就是完全基于量子力学的一种新型的信息处理系统，它利用量子系统的内在并行性进行信息的存储和处理，因而拥有传统计算机无法比拟的运算速度并能解决一些传统计算机无法解决的问题。量子计算的关键之一是，只有系统的量子比特数达到一定的规模，才能显示它的巨大优势。目前国际上研究的热点是如何实现规模化量子计算，超导量子器件以易于集成化的突出优势，成为量子信息处理的国际前沿研究课题，在基础理论和应用技术方面都具有特别重要的意义。微电子学研究所已经开展了超导量子器件的设计、制备与特性表征研究，专门定购了超高真空磁控溅射及电子束蒸发设备，将能够制作高质量的样品。在超导器件特性表征方面，已建成一套液氦温度特性表征系统，可以完成器件基本特性研究，置备的极低温（10mK）测试系统将满足超导量子比特的研究所需低温环境，为实现规模化量子计算打好基础。
    在微电子及纳电子器件模拟平台的建设中取得突出成绩。清华大学微电子学研究所通过承担的多项国家973课题和国际合作项目，分别在下一代基于量子力学原理的器件模拟平台建设、基于65nm工艺的全芯片漏电分析、双栅MOS器件和化合物器件的compact model以及应力硅迁移率模型方面取得重要进展，研究结果分别发表在国际顶级会议IEDM、DAC和IEEE T-ED等期刊上，其中器件模拟方面的文章发表在IEDM会上是国内的首次。
    微执行器件：我所率先在国内研制成功多种新型微机械器件，包括最高转速达14,000转/分，实现片内闭环控制、结构独创的硅微静电马达；带有传感器及控制电路的硅集成微型泵。
    微声学器件：研制成功实用化、高性能的铁电微麦克风和超声频段微传感器，可用于各种音频声学应用领域，以及测距与手写输入系统等超声应用领域。研究解决了铁电薄膜制备及与体硅加工集成工艺、封装等批量制作微声学器件的关键技术，实现了硅微声学器件的小批量生产和应用示范。相关研究成果于2004 年12月在国际电子器件会议（IEDM2004）上发表，这是清华大学首次作为独立单位在这一著名国际学术会议上发表论文，也是我国大陆10余年来第一次。
    微型传感器：研制成功多种新型传感器及微机电陀螺部件，包括集成MOS力敏运放压力传感器、环振式集成加速度传感器以及新型硅室温红外传感器；可广泛用于弱流体流速测量的硅微转子流速计；研制并批量生产微型磁传感器。
    国家863计划《汽车胎压与防撞微传感器及其系统》项目通过专家组阶段考核，完成了基于MEMS技术的压力温度集成传感器的结构设计、电路设计与计算机模拟，掌握了相关核心关键工艺，完成了无源轮胎压力监测系统关键模块——电源恢复芯片的设计工作，得到了适于胎压监控应用的集成传感器样品。完成了微超声传感器的设计与模拟，解决了主要工艺问题，获得了适于倒车防撞应用的环保型超声传感器样品。
    生物医学及微流体器件：研制用于蛋白和疾病诊断的微型生物传感器芯片，成功对血液等生理体液进行数字式控制，研究了微型悬臂梁的优化设计方法和制造方法，实现了长、宽、厚度分别为100微米、20微米和1微米的微型悬臂梁传感器。利用自组装单层分子膜技术，将探测蛋白分子固定在悬臂梁表面，实现了对免疫球蛋白的检测，灵敏度达到0.2μg/ml。
    RF MEMS器件：开发成功一系列结构创新、指标先进的RF MEMS器件，如电容式全金属多谐振点RF MEMS开关、集总参数LC体滤波器、智能天线、传输线、长寿命压控电容、高Q值平面及三维射频电感等，这些器件具有重要的技术价值及广阔的应用价值。
    开展了集成磁电子学及自旋电子学研究，研制出大面积均匀的高品质硅基磁电纳米材料（如GMR>14%，CMR结构的电致变阻率>100%及高性能的GMR 磁传感器（灵敏度优于1.5mV/V?Oe ，线性范围 ±20Oe）。
    微能源器件：研制成功硅基微型直接甲醇燃料电池（mDMFC），包含2个并联的燃料电池硅基mDMFC组，室温下的开路电压为0.47V，最大功率密度达12.71 mW/cm2。与同样表面积的单电池相比，其功率密度增加了39.3%，而体积只增加了23%；研制成功一种阳极结构带有微块的mDMFC，改善阳极燃料的流动，提高燃料的利用率。室温下电池的开路电压为0.45V，最大功率密度达8.08 mW/cm2，而同样条件、同规格电池的最大输出功率密度为3.87mW/cm2。
    在先进封装中的新型互连结构与技术研究方面，研究开发了多种倒装芯片凸点的成型技术，利用电镀凸点技术进行了无铅凸点的成型，在圆片上获得了节距200um、高度100um的纯锡凸点，并对凸点进行了微观组织、强度和组装可靠性的研究；开发了利用模板印刷获得无铅凸点的成型技术，获得了节距250um、高度100um的Sn-Ag-Cu无铅凸点；开发了利用导电高分子材料的低温倒装芯片封装技术，完成了温度敏感的CZT探测器的封装。
    在CMOS兼容的三维互连技术研究方面，开发了自底向上电镀填充通孔的技术，实现了深宽比10：1的三维铜互连，互连直径和间距分别达到20μm和50μm，密度超过10000/cm2。利用自底向上电镀技术，实现了CMOS兼容工艺的三维垂直互连、临时键合、减薄和凸点键合，为实现三维集成电路获得了阶段性成果。
    在系统级封装相关工艺技术研究方面，针对MEMS封装开展了圆片键合技术研究，完成了Cu-Sn、Au-Sn、Ag-Sn等不同焊料键合体系的设计，开发了圆片键合的关键工艺；开展了不同应用系统集成的设计与实现研究，包括功率模块系统集成的热设计、大功率LED系统集成封装设计、系统级封装中无源元件集成方法等。
    针对高可靠性应用元器件所用的封装，从材料选择、结构优化、工艺改进、包装传递等多方面提出减少封装内应力的措施和相关设计指南，多数已被生产厂家接受并取得了较好的效果；针对不同外壳垫片焊层、芯片焊层进行超声扫描，并对多种元器件相应参数进行了失效分析研究。

•　在集成电路工艺技术、材料及特色电路研究方面

　1989年建成国内第一条1微米级超大规模集成电路工艺研制线，在国内第一次正向设计和研制成功1Mb汉字ROM，集成度106万个晶体管，标志当时国内的微电子技术跨上了1微米级新台阶。

　研制成功用于VLSI的红外快速热处理系统、超高真空CVD外延系统，获得中国和美国专利，并被授予国家发明二等奖，已在国内企业和研究院所广泛应用。

　《锗硅高性能微波器件与微波集成电路研发及产业化》项目通过验收。

    研制成功用于SiGe材料生长具有世界先进水平的UHV/CVD外延系统。研制出了具有世界先进水平的fT>8GHz的SiGe的HBT功率器件及fT>12.5GHz的SiGe低噪声异质结双极晶体管HBT，获得信息产业部科技进步三等奖。 2004年开发出单多晶自对准SiGeHBT工艺和适用于SiGeHBT的钛硅化物工艺, 在此基础上研制出Pcm=200mW的大动态高频低噪声SiGe HBT。2005年与中电华清微电子工程中心有限公司共同承担了国家发展和改革委员会信息产业关键技术产业化《锗硅高性能微波器件与微波集成电路研发及产业化》的专项任务，并于2008年1月通过了中国电子信息产业集团公司组织的验收。该项目在已有的锗硅外延设备和锗硅器件制造技术的基础上，开发了锗硅减压外延技术、锗硅选择性外延工艺、锗硅图形外延技术、深槽隔离工艺、双层金属工艺和锗硅MMIC等工艺，完成硅器件向锗硅器件转型产业化的技术攻关。微波器件的截止频率从5-6GHz提高到20GHz以上，填补了同类产品的国内空白，形成了锗硅高性能器件和微波集成电路1000片/月的生产能力。截止到2007年12月，该项目累计生产和销售成品管800万余支，实现了产业化目标。
    成功开发出具有完全自主知识产权的0.18微米嵌入式SONOS Flash快闪存储器集成工艺及4M位SONOS存储器IP硬核验证芯片THESM040M，并通过国家863计划SOC专项专家组的验收。该IP核芯片具有多区块划分功能，电路面积为2.4×2.0mm2，工作电源电压为1.8V/3.3V，读取速度< 40ns，在SIM卡、机顶盒控制芯片、移动通信手机终端芯片、基站核心芯片、个人电脑BIOS及显示控制芯片等产品领域有着广泛的应用前景，为我国自主开发当今快速发展的非挥发性存储器打下良好的基础。
    利用具有自主知识产权的RTP/UHV-CVD装置，解决国内大直径SiGe/Si外延材料制备的工艺规范、工艺流程、及相关测量标准，开发了8英寸锗硅外延材料生长技术及手段，能提供高质量8英寸SiGe/Si外延片样品，并通过国家863计划材料专项组织的验收。
    应变硅技术取得阶段性进展：CMOS器件进入纳米尺度后，提升沟道迁移率的应变硅技术开始得到应用。在国家自然科学基金的资助下，目前已制备出质量较好的应变硅材料和器件，应变硅NMOSFET的电子迁移率比体硅器件提高了约80%，应变硅PMOSFET的空穴迁移率比体硅器件提高了约50%。该成果为进一步提升应变硅技术、实现产业化应用打下了良好的基础。

•　在集成电路设计技术研究和专用集成电路（ASIC）产品开发方面