Hvad er SOI?

SOI er forkortelsen forSilikone-på-isolatorDet betyder bogstaveligt talt "silicium på en isolator". I praksis er strukturen, at der er et ultratyndt isolerende lag, såsom SiO₂, oven på siliciumskiven, og derefter dannes et tyndt siliciumlag oven på dette isolerende lag. Denne struktur adskiller det aktive siliciumlag fra siliciumsubstratet. I en traditionel siliciumproces dannes chippen imidlertid direkte på siliciumsubstratet uden brug af et isolerende lag.

SOI-waferbestår af tre centrale strukturelle lag: et enkeltkrystal siliciumkomponentlag, et isolerende siliciumdioxidlag (det begravede oxid eller BOX) og et siliciumsubstrat. Sammen danner disse tre lag et uafhængigt og stabilt elektrisk miljø, hvor hvert lag spiller sin egen rolle, mens de arbejder synergistisk for at forbedre den samlede ydeevne og pålidelighed.

Det øverste lag af enkeltkrystalsilicium (typisk omkring 5 nm til 2 μm tykt) er kerneområdet, hvor transistorer og andre aktive komponenter fremstilles. Dets ultratynde struktur er et afgørende fundament for at forbedre komponenternes ydeevne og muliggøre kontinuerlig skalering.

Det midterste begravede oxidlag (BOX) giver elektrisk isolering. Dette siliciumdioxidlag, normalt 5 nm til 2 μm i tykkelse, blokerer effektivt elektrisk kobling mellem komponentlaget og det underliggende substrat gennem både fysiske og kemiske isoleringsmekanismer.

Det nederste siliciumsubstrat giver primært strukturel stivhed og mekanisk stabilitet, hvilket sikrer waferens pålidelighed under fremstilling og efterfølgende drift. Dens tykkelse er generelt i området 200 μm til 700 μm, hvilket giver tilstrækkelig mekanisk støtte, samtidig med at der tages hensyn til forarbejdningsevne og anvendelseskrav.

De vigtigste fordele ved SOI-wafere
1. Højere hastighed

• Med et nedgravet oxidlag under komponenterne er transistorerne isoleret fra siliciumsubstratet. Dette reducerer parasitisk kapacitans, fremskynder switching og gør SOI velegnet til højhastighedslogik og RF-kredsløb.

2. Lavere strømforbrug

• Mindre kapacitans betyder lavere opladnings- og afladningstab.
• Færre lækageveje fører til reduceret standby-strømforbrug (statisk strømforbrug), hvilket gør systemet mere energieffektivt.

3. Bedre isolering

• Hver enhed "sidder" på et oxidlag, hvilket reducerer elektrisk interferens mellem enheder betydeligt. Dette forbedrer stabiliteten ved integration af analoge + digitale kredsløb, strømstyringsenheder og RF-moduler på den samme chip.

4. Forbedret strålings- og højtemperaturtolerance

• Strålingsgenererede ladninger spredes mindre sandsynligt gennem substratet, hvilket gør SOI-enheder sikrere og mere pålidelige i miljøer med høj stråling, såsom luftfart.
• Stigningen i lækstrøm ved høje temperaturer er mindre alvorlig, hvilket er gavnligt for bilelektronik og industrielle styringsapplikationer.

5. Gunstig til yderligere skalering

• Med et meget tyndt siliciumlag ovenpå og et begravet oxidlag nedenunder kontrolleres kortkanaleffekter bedre, hvilket gør det lettere at opretholde stabil enhedsadfærd, efterhånden som procesnoderne fortsætter med at krympe.

SOI-teknologi er allerede blevet anvendt på tværs af flere områder. Inden for forbrugerelektronik bruges den i RF-frontend-moduler på smartphones, såsom 5G-filtre. Inden for bilelektronik giver den en stabil procesplatform til radarchips i køretøjer. Inden for luftfartssektoren anvendes den i satellitkommunikationsudstyr med høj pålidelighed. Inden for medicinsk udstyr understøtter SOI design og implementering af implanterbare medicinske sensorer og forskellige typer lavstrømsovervågningschips.

Vores virksomhed tilbyder skræddersyede projekter til enkeltkrystal siliciumbærerwafere:

• Siliciumsubstrattykkelse: 100 μm / 300 μm / 400 μm / 500 μm / 625 μm og derover

• SiO₂-tykkelse: fra 100 nm til 10 μm

• Aktivt siliciumlag: ≥ 20 nm