我们探索星辰大海的脚步从来不曾停歇,面向宇宙星河的卫星和探测器,需要有一个强健的“大脑”——核心电子系统,而抗辐照集成电路正是这个“大脑”里的核心部件。
一直以来,我国航天领域的部分抗辐照集成电路,因缺少特种工艺加工平台,始终被国外 “卡脖子”。如今,洪根深已和团队一起建立了0.6um~0.13um系列特种工艺平台,实现了部分抗辐照集成电路产品的国产化自主保障,打破了国外禁运。
从“无米下锅”到完全自主可控
“……反熔丝PROM电路已经采购不到,部分工程已面临‘无米下锅’……”
2017年上半年某一天,中国电科58所某会议室。某航天重点工程型号总师欲言又止。
这一幕,是洪根深一辈子也不会忘记的画面。
“那段时间,我们团队以厂为家,开展大量电路的编程、测试与可靠性验证工作,分析解决电路可靠性问题。”洪根深介绍,虽然压力特别大,但大家心里都憋着一股劲,一定要赶在工程型号应用前,研发出我们自己的反熔丝电路。
反熔丝电路,用于宇航电子系统中核心数据存储和关键程序运行,是宇航电子系统最后一道屏障,被誉为“最后用来救命的器件”,长期受制于国外。
国内当时缺少反熔丝工艺平台,制约了反熔丝系列电路的国产化。2009年,中国电科58所成立反熔丝技术攻关团队,从反熔丝介质材料特性等基础研究入手,开展反熔丝技术攻关和产品研制。
转变发生在2017年,中国电科首席科学家洪根深带领团队,突破了一个个技术难题,攻克了一个又一个难关,历时8年,完成反熔丝技术研发,接下来只需完成电路可靠性验证,就可以提交装备使用。可一句“面临‘无米下锅’”,预示着留给他们的时间不多了,而电路可靠性验证恰恰需要的就是时间,需投入大量时间进行电路编程、测试、试验和调整。
怎么办?洪根深和研发团队选择迎难而上。为了按时、保质地完成电路供货,研发团队集中封闭攻关,每天进行电路编程测试、记录数据、讨论分析、编程改进,如此循环往复……短短几个月时间,洪根深和团队完成了超过108器件小时的电路可靠性测试验证,电路失效率提升到小于4Fit的水平,达到甚至优于国外同类产品水平。
“简单来说,就是这个反熔丝电路器件可以在天上安全运行百年以上,基本不会出错失效,牢牢为我国的宇航电子系统守住最后关键一关。”洪根深说。
星光不负赶路人。如今,中国电科58所反熔丝工艺团队实现从0到1的突破,成功开发了系列反熔丝工艺平台,实现了我国反熔丝PROM和FPGA产品的完全自主可控,解决了部分航天工程型号“无米下锅”的困境,反熔丝技术成果获得国防科学技术进步一等奖。
刚出校门,即致力打破技术封锁
事实上,反熔丝工艺并不是洪根深第一次实现从0到1的突破。
2002年,刚刚走出大学校门、走进中国电科58所的洪根深,接到的第一份任务便是从零开始开发特种SOI工艺,助力打造航天“中国芯”。
SOI工艺,是利用衬底和表面硅薄层之间有一层绝缘层的SOI材料,在只有约0.2微米厚的表面硅膜上制备集成电路的先进技术。SOI工艺集成电路造价昂贵,多用于太空等特殊领域,可提升特殊环境下电子系统的可靠性,是具有重要战略意义的高技术。
当时,在特种SOI集成电路工艺这一特殊敏感技术领域,全球范围内都人才匮乏,国外更是对我国进行技术封锁和产品禁运。
“那会我刚毕业,就承担这么难的项目,说没有感觉到压力,那肯定不可能的。但内心也很振奋,可以说是带着要在这个重要技术领域有所突破的决心去做这件事的。”洪根深回忆,当时一切都要自主开发,摸着石头过河,只能先理论学习,然后工艺仿真、集成开发、测试评估、不断迭代更新……每个环节,每一次进步,都倾注着他的汗水。
功夫不负有心人,2005年在某航天工程配套会上,当某型号总师宣布“你们研制的SOI ASIC电路通过系统验证,可以应用于装备工程”时,洪根深和团队人员非常激动,这意味着奋战了三年的我国首款特种SOI ASIC芯片研制初战告捷。
2007年,团队又传来好消息,我国第一块宇航用SOI CPU芯片成功研制,电路性能优于欧洲当时的SOS CPU产品,实现了我国宇航用SOI CPU芯片从晶圆材料、制造工艺、电路设计、系统验证全链条自主可控,从根本上解决了航天工程某CPU芯片自主可控问题。
此后,洪根深和团队孳孳研究、矢志报国,先后建立了系列SOI工艺平台,工艺平台综合能力达到国内领先水平,支撑了CPU、SRAM、总线电路等数十款航天核心产品的研制,这些电路产品广泛应用于神舟、天宫等航天工程型号。技术成果获得了国家科技进步二等奖。
洪根深说,那段时间,他们虽然走得很艰难,经历过一次次的失败,但没有一个人轻言放弃,解决国家国防需求是他们的责任和使命。
执着“突破”,坚持创“芯”
对科技的执着追求,已成为洪根深一生的信念与坚持。“我原来是一名教师,因为对物理科学技术的热爱,才报考了研究生。”洪根深介绍,正是这一份执着,才使他又重新踏入校园,在四川大学物理科学与技术学院凝聚态物理专业半导体物理方向学习。
毕业后,洪根深来到中国电科58所,一脚踏入为中国航天打造“中国芯”的征程,至今脚步不曾停歇。“最初,我们特种SOI工艺团队只有两个人,一个研究室副主任,一个我。”回忆过去,他不无感慨地说。整整20年过去了,洪根深当老师、带徒弟、解难题、出成果,曾经刚毕业的“大学新兵”,如今已带出了一个近90人、特种集成电路领域国内领先的研发攻关团队。
这些年来,洪根深先后主持和参与各类国家和省部级项目二十多项,荣获国家科技进步二等奖 1 项,国防科学技术进步一等奖 3 项、二等奖 2 项,电科集团科技进步一等奖 4 项、二等奖 2 项。带领的特种工艺团队多次获得中央和地方“青年文明号”等荣誉称号。
星河闪烁,征途漫漫。在洪根深看来,突破之路依然任重道远。他说,“习近平总书记考察江苏时强调,以‘一辈子办成一件事’的执着,攻关高精尖技术,成就有价值的人生。特种集成电路工艺领域,就是我一辈子的事业。在这个领域,我们起步比人家晚了几十年,所以更要奋起直追,执着‘突破’,一刻也不能停歇,才能助力中国航天用上中国‘芯’。”如今,洪根深和他的团队正迈步在新的特种集成电路工艺研究的征程上。