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近日，湖南师范大学物理与电子科学学院金湘亮教授团队在国际辐射效应与器件可靠性领域顶级期刊 IEEE Transactions on Nuclear Science 上发表了题为“A 300 krad(Si) TID Tolerant Dual-Direction SCR with nA-Level Leakage and High Holding Voltage for Space Communication Buses”的研究论文。物理与电子科学学院博士研究生刘煜杰为第一作者，金湘亮教授为通讯作者。

随着航天技术的发展，航天器内部传感器网络、子系统与地面测试接口之间的数据交互日益频繁，空间辐射环境给电子系统带来严峻的可靠性挑战：高能电子穿透器件并沉积能量，引发深度充电和电势差积累，极易诱发静电放电（ESD）事件；同时，总电离剂量（TID）效应导致氧化层中俘获正电荷，在STI侧壁形成寄生导通路径，使ESD保护器件泄漏电流剧增、ESD窗口偏移甚至功能失效。传统ESD方案难以同时满足高维持电压（Vh）、强抗辐射能力和超低漏电的要求。针对这一难题，研究团队基于0.18 μm BCD工艺提出了一种具备TID容限的双向可控硅（DDSCR）器件——嵌入BJT分流的DDSCR（EBSDDSCR）。该器件在阳极和阴极引入浮空P⁺区，提高局部掺杂浓度、降低发射极效率，从而提升维持电压；同时，通过去除多晶硅栅并以STI填充，有效抑制了TID辐射诱导的侧壁寄生晶体管通道，从物理层面解决了辐射环境下漏电激增的问题。

图1. 3D TCAD模拟的电流密度分布（俯视图，STI均被隐藏）。辐照前：（a）DDSCR，（b）EMSDDSCR，（c）EBSDDSCR。辐照后：（d）DDSCR出现寄生泄漏路径；（e）EMSDDSCR无明显泄漏路径，但存在寄生晶体管；（f）EBSDDSCR无寄生泄漏路径。

这项工作得到了国家自然科学基金62174052和湖南省研究生科研创新项目CX20240532的资助。近三年来，芯工匠团队在高压高性能ESD领域取得了系列创新性研究成果，发表在IEEE Electron Device Letters，IEEE Transactions on Nuclear Science等国际电子器件领域顶级期刊。

论文信息：Y. J. Liu, W. Liu, Z. X. Cao, X. L. Jin, “A 300 krad(Si) TID Tolerant Dual-Direction SCR with nA-Level Leakage and High Holding Voltage for Space Communication Buses,” in IEEE Transactions on Nuclear Science, doi: 10.1109/TNS.2026.3722730.

相关论文链接：

IEEE Transaction on Electron Devices：https://doi.org/10.1109/TED.2025.3586260

IEEE Electron Device Letters：https://doi.org/10.1109/LED.2024.3477452

一审：金湘亮

二审：刘小年

三审：廖洁桥