Co je SOI?

SOI je zkratka proKřemík na izolantuDoslova to znamená „křemík na izolantu“. V praxi jde o strukturu, kdy je na křemíkovém plátku ultratenká izolační vrstva, například SiO₂, a poté je na této izolační vrstvě vytvořena tenká křemíková vrstva. Tato struktura odděluje aktivní křemíkovou vrstvu od křemíkového substrátu. V tradičním křemíkovém procesu se však čip vytváří přímo na křemíkovém substrátu bez použití izolační vrstvy.

SOI destičkase skládá ze tří klíčových strukturálních vrstev: vrstvy monokrystalického křemíku, izolační vrstvy oxidu křemičitého (tzv. „buried oxide“ neboli BOX) a křemíkového substrátu. Tyto tři vrstvy dohromady tvoří nezávislé a stabilní elektrické prostředí, přičemž každá vrstva hraje svou vlastní roli a zároveň synergicky působí na zvýšení celkového výkonu a spolehlivosti.

Vrchní vrstva monokrystalického křemíku (obvykle o tloušťce asi 5 nm až 2 μm) je jádrovou oblastí, kde se vyrábějí tranzistory a další aktivní součástky. Její ultratenká struktura je klíčovým základem pro zlepšení výkonu zařízení a umožnění kontinuálního škálování.

Prostřední vrstva zakopaného oxidu (BOX) zajišťuje elektrickou izolaci. Tato vrstva oxidu křemičitého, obvykle o tloušťce 5 nm až 2 μm, účinně blokuje elektrické propojení mezi vrstvou zařízení a podkladovým substrátem prostřednictvím fyzikálních i chemických izolačních mechanismů.

Spodní křemíkový substrát zajišťuje především strukturální tuhost a mechanickou stabilitu, což zajišťuje spolehlivost destičky během výroby a následného provozu. Jeho tloušťka se obvykle pohybuje v rozmezí 200 μm až 700 μm, což nabízí dostatečnou mechanickou oporu a zároveň zohledňuje požadavky na zpracovatelnost a aplikaci.

Hlavní výhody SOI destiček
1. Vyšší rychlost

• Díky vrstvě oxidu zapuštěné pod součástkami jsou tranzistory izolovány od křemíkového substrátu. To snižuje parazitní kapacitu, zrychluje spínání a činí SOI vhodným pro vysokorychlostní logické a RF obvody.

2. Nižší spotřeba energie

• Menší kapacita znamená nižší ztráty při nabíjení a vybíjení.
• Méně únikových cest vede ke snížené spotřebě energie v pohotovostním (statickém) režimu, což činí systém energeticky účinnějším.

3. Lepší izolace

• Každé zařízení „sedí“ na oxidové vrstvě, což výrazně snižuje elektrické rušení mezi zařízeními. To zlepšuje stabilitu při integraci analogových a digitálních obvodů, jednotek pro správu napájení a RF modulů na stejném čipu.

4. Zlepšená radiační a vysokoteplotní tolerance

• Náboje generované zářením se s menší pravděpodobností šíří substrátem, což činí zařízení SOI bezpečnějšími a spolehlivějšími v prostředích s vysokým zářením, jako je letecký a kosmický průmysl.
• Zvýšení svodového proudu při vysokých teplotách je méně závažné, což je výhodné pro automobilovou elektroniku a průmyslové řídicí aplikace.

5. Vhodné pro další škálování

• Díky velmi tenké vrstvě křemíku nahoře a zapuštěné vrstvě oxidu pod ní jsou efekty krátkých kanálů lépe kontrolovány, což usnadňuje udržování stabilního chování zařízení při zmenšování procesních uzlů.

Technologie SOI se již uplatňuje v mnoha oblastech. Ve spotřební elektronice se používá ve front-endových modulech chytrých telefonů, jako jsou filtry 5G. V automobilové elektronice poskytuje stabilní procesní platformu pro palubní radarové čipy. V leteckém průmyslu se používá ve vysoce spolehlivých satelitních komunikačních zařízeních. V lékařských zařízeních SOI podporuje návrh a implementaci implantabilních lékařských senzorů a různých typů nízkoenergetických monitorovacích čipů.

Naše společnost nabízí zakázkové projekty pro monokrystalické křemíkové nosičové destičky:

• Tloušťka křemíkového substrátu: 100 μm / 300 μm / 400 μm / 500 μm / 625 μm a více

• Tloušťka SiO₂: od 100 nm do 10 μm

• Aktivní křemíková vrstva: ≥ 20 nm