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1999 年，胡正明教授在美国加州大学领导着一个由美国国防部高级研究计划局（DARPA）出资赞助的研究小组，当时他们的研究目标是 CMOS 技术如何拓展到 25 纳米及以下领域。研究显示，有两种途径可以实现这种目的：一是立体型结构的 FinFET 晶体管（鳍式晶体管），另外一种是基于 SOI 的超薄绝缘层上硅体技术 (UTB-SOI,也就是我们常说的 FD-SOI 晶体管技术)。
胡正明教授
体硅 CMOS 技术走到 22 纳米之后，因为光刻技术所限，特征尺寸已很难继续微缩，急需革新技术来维持进一步发展。在众多的候选技术之中，FD-SOI（Fully Depleted SOI，全耗尽绝缘层上硅）技术极具竞争力。对于 FD-SOI 晶体管，硅薄膜自然地限定了源漏结深，同时也限定了源漏结的耗尽区，从而可改善 DIBL(Drain Induced Barrier Lowering，漏致势垒降低)等短沟道效应，改善器件的亚阈特性，降低电路的静态功耗。此外，FDSOI 晶体管无需沟道掺杂，可以避免 RDF(Random Dopants Fluctuation，随机掺杂涨落)等效应，从而保持稳定的阈值电压，同时还可以避免因掺杂而引起的迁移率退化。
FinFET 与 FD-SOI
（图片源于 SemiWiki）
FD-SOI 技术不仅能得到 FinFET 全耗尽晶体管带给平面传统技术的全部好处，而且还能实现后者无法达到的先进的负偏压（back bias）技术。
FD-SOI 工艺可以将工作电压降低至大约 0.6V，而相比之下体硅（Bulk CMOS）工艺的最小极限值一般在 0.9V 左右。使用 FD-SOI 的后向偏置技术（即负偏压）可以提供更宽动态范围的性能，因此特别适合移动和消费级多媒体应用。
对全耗尽型 SOI 工艺而言，SOI 中位于顶层的硅层厚度会减薄至 5-20 纳米，这样器件工作时栅极下面沟道位置下方的耗尽层便可充满整个硅薄膜层，如此便可消除在 PD-SOI（PD 为部分耗尽）中常见的浮体效应。
在部分耗尽型 SOI 结构中，SOI 中顶层硅层的厚度为 50-90 纳米，因此沟道下方的硅层中仅有部分被耗尽层占据，由此可导致电荷在耗尽层以下的电中性区域中累积，造成所谓的浮体效应。
SOI 工艺的优势：
- 减少寄生电容，提高器件频率，与体硅相比 SOI 器件的工作频率提高 20-35%。
- 由于减少寄生电容和降低漏电流，SOI 器件的功耗相比体硅下降 35-70%。
- 消除了闩锁效应（闩锁效应，即 Latch up， 是指 CMOS 芯片中，由于寄生的 PNP 和 NPN 双极性 BJT 相互影响而产生 在电源和地线之间的一低阻抗通路, 它的存在会使 VDD 和 GND 之间产生大电流。）。随着 IC 制造工艺的发展，封装密度和集成度越来越高，产生闩锁效应的可能性会越来越大。
- 抑制衬底的脉冲电流干涉,减少软错误的发生。
- 与硅工艺相容，可减少 13-20%工序。
SOI 发展现状
法国 Soitec 已实现 FD-SOI 晶园的高良率成熟量产，其 300 毫米（即 12 英寸）晶圆厂能够支持 28 纳米、22 纳米及更为先进的节点上大规模采用 FD-SOI 技术。如今，全球有三家位于三大洲的公司能够供应 FD-SOI 晶圆，包括法国 Soitec、日本信越半导体(SHE)、美国 SunEdison。这三家公司均采用了行业标准的 SOI 晶园制造技术，智能剥离（Smart Cut）。
FD-SOI 技术的生态系统发展正在几个方面逐步展开。三星及格罗方德 -- 全球四大半导体代工厂中的两家 -- 已经采用 FD-SOI 晶圆进行多项试产(即 tape-out，也称流片，指硅芯片从设计到制造的这一步骤)，并宣布计划量产（与非网编辑注：三星 28 纳米 FD-SOI 工艺在 2016 年已经实现量产）。
FD-SOI 的设计生态系统也在持续壮大之中，在 28 纳米和 22 纳米工艺节点上进展尤为迅猛。众多电子设计自动化(EDA)公司正积极研发与 FD-SOI 相关的 IP。目前已有多家 IC 设计厂商公开表示全面拥抱这项技术，其中一些宣布将在未来的开发路线图中采用 FD-SOI 技术。
采用 FD-SOI 工艺制造的芯片功耗更低，成本更少。比如索尼新一代智能手表中的 GPS，目前市场上采用其他工艺的 GPS 产品，功耗最好大概在 10mW 左右，而使用 FD-SOI 技术制作的芯片功耗能达到 1mW，功耗降低为原来的十分之一。
一种新的工艺技术离不开生态系统的支持。实际上，FD-SOI 生态系统已经在逐渐成形，围绕 FD-SOI 工艺，已经形成了工艺研究、晶圆、IP、代工厂、IC 设计服务公司、IC 设计公司的产业链。法国 Soitec 与日本信越等号称可以提供每月超过 10 万片 SOI 晶圆的产能，除 FDSOI 已在意法半导体量产外，Global Foundries 已与意法半导体签约有意导入 FD-SOI 工艺。
其中 ARM 的支持显得格外重要，因为 ARM 大多情况下都是在场边观战等待最终定局，业界认为“只要 ARM 出声，表示芯片已经就绪了”。
ARM 认为，22 纳米 FD-SOI 可让你的性能提高一倍，并改善 10 倍的漏电问题。很显然，这相当具有说服力。ARM 实体设计部门总经理 Will Abbey 表示，“ARM 的 Cortex A32 与 A35 核心具备低功率与高效能优势，能够适当地为功率敏感的物联网应用进行反向闸极偏置，显然是 FD-SOI 的理想方案。”
FD-SOI 可以广泛应用在超低功耗要求领域，例如移动通讯、处理器、模数转换器、RFIC 及超低电压数字电路等。
FD-SOI 与 FinFET 最更优
比较 FD-SOI 及 FinFET 可能是困难的，因为它们缺乏比较的基线。
然而目前在先进工艺制程中，FinFET 技术占优也不用怀疑。因为英特尔、台积电以及三星都在采用 FinFET 技术，并己经进入 10 纳米量产，台积电己声称 7 纳米今年试产，确保明年量产。而三星更为积极，声称它的 7 纳米处理器芯片今年底有可能提前量产。业界老大英特尔始终不慌忙，声称 2018 年它的 10 纳米 PC 处理器芯片量产，并声称它的 10 纳米水平相等于台积电与三星的 7 纳米。
而目前见到量产的 FD-SOI 技术，仅意法半导体与三星，格罗方德计划 2017 年量产 22 纳米 FD-SOI。
为什么会出现这样的情况，能否表示 FD-SOI 技术的不足？答案可能是不一样。
任何一项技术的釆用是由市场决定的。果如分析所言，FD-SOI 技术在高频、低功耗、抗静电等方面有明显的优势，为什么 IC 设计公司不采用它？。
这主要是由于 SOI 硅片的成本太高。目前 8 英寸的 SOI 硅片每片要 300-400 美元，而通常的体硅片每片才 30-40 美元，相差十倍。因此估计 SOI 代工硅片价格应该在每片 1000 美元左右，而统计中国的代工厂，它们的 8 英寸硅片平均代工价格每片约 400 美元。
因此，只有如 RFIC 等特定用途的芯片，才会采用 SOI 工艺。另一方面，只有 SOI 硅片生产的数量多了，价格才能降下来。再有，由于 FinFET 技术广泛被采用，它的产业链完善，如 IP 与第三方 IP 技术等都很丰富，相对而言，SOI 的产业链尚在逐步完善之中，即使被 IC 设计公司采用，它的使用也不如 FinFET 方便。
尽管见到 IBS 公司有分析 FD-SOI 与 FinFET 的成本报告，计算下来 FD-SOI 成本可能更低，但是目前 SOI 技术发的关键是没有一个同等数量的市场，因此不像 FinFET 一样能迅速发展。
所以，FD-SOI 与 FinFET 技术是各有各的应用场合，那些确有低功耗等需要的应用,采用 FD-SOI 技术也是合乎情理。所以 FD-SOI 技术需要有一个市场的培育过程。
业界有人认为，未来可能是 40 与 28 纳米的 FD-SOI 技术与 14 及 10 纳米的 FinFET 技术共存相当长一段时间。最终在 7 纳米及以下时 SOI 也将从 2D 发展到 3D，即发展为 SOI FinFET 工艺。表明 SOI 与 FinFET 技术可谓殊途同归！所以两种工艺并非是完全对立的技术。
中国需要 SOI 技术
中国半导体业处在一个特殊的环境中，为了自强自立,显然也需要发展 SOI 技术，这一点是无疑的。
中国半导体业界经常议论“要实现弯道超车”，然而“弯道”在那里？可能有时并不太清楚。而 FDSOI 技术可能是其中最为靠谱的技术之一。
但是中国半导体业要涉足 FD-SOI，必须跨过三座大山，面临的困难也不少。
分析 FD-SOI 技术的现状，中国要进入 SOI 领域必须要跨过三关，即 SOI 晶园的自制，而且价格一定要降；IC 设计公司的大量采用；以及代工厂的顺利投产。并且三个方面必须能联动起来，才能逐步把 SOI 的生态产业链完善。
其中十分重要的是它不可能仅用钱解决一切，必须要扎扎实实地解决 SOI 产业链中的每一个环节，并下功夫去突破，这可能是最困难的问题所在。
显然，现阶段市场的需求量可能是个关键因素，当前仅是 RF 前端 IC 等采用。所以对于 SOI 产业链的发展首先需要政府部门牵头，制定规划，并引导与资金支持，目前阶段尚不可能单纯依靠市场能解决所有问题。
目前中国的 FD-SOI 技术尚没有实现规模化量产，国内的 IC 设计公司可能尚处在多任务硅片（MPW）的设计验证阶段，据传中芯国际及华虹宏力的 SOI 代工能力都己具备。因此国内自主生产 SOI 硅片，及让更多的 IC 设计公司采用 SOI 技术是个首要任务。
2016 年 3 月上海硅产业投资有限公司和 Soitec 推进合作，并投资入股 14.5%。据透露，在合作达成之后，中方的 IC 设计厂商能够通过格罗方德和三星的代工厂来获得使用 FD-SOI 技术，同时 Soitec 承诺如果未来中国大规模采用了这个技术，需要多少晶圆都可以提供。“除了销售产品的合作，在研发和生态系统建设方面也将展开合作。”
中国半导体业发展可能关键不在于方向在那里？而是确定方向之后，如何踏实去干，去解决一个一个难题。任何进步没有捷径，其中骨干企业的责任尤为重要。
