¿Qué es SOI?

SOI es la abreviatura deSilicio sobre aislanteLiteralmente, significa “silicio sobre un aislante”. En la práctica, la estructura consiste en una capa aislante ultrafina, como SiO₂, sobre la oblea de silicio, y luego se forma una fina capa de silicio sobre esta capa aislante. Esta estructura separa la capa activa de silicio del sustrato de silicio. Sin embargo, en un proceso de silicio tradicional, el chip se forma directamente sobre el sustrato de silicio sin utilizar una capa aislante.

Oblea SOIEstá compuesto por tres capas estructurales clave: una capa de dispositivo de silicio monocristalino, una capa aislante de dióxido de silicio (óxido enterrado o BOX) y un sustrato de silicio. Juntas, estas tres capas forman un entorno eléctrico independiente y estable, donde cada una desempeña su función específica a la vez que trabajan en sinergia para mejorar el rendimiento y la fiabilidad generales.

La capa superior de silicio monocristalino (con un espesor típico de entre 5 nm y 2 μm) es la región central donde se fabrican los transistores y otros dispositivos activos. Su estructura ultrafina constituye una base fundamental para mejorar el rendimiento de los dispositivos y permitir una miniaturización continua.

La capa intermedia de óxido enterrado (BOX) proporciona aislamiento eléctrico. Esta capa de dióxido de silicio, generalmente de 5 nm a 2 μm de espesor, bloquea eficazmente el acoplamiento eléctrico entre la capa del dispositivo y el sustrato subyacente mediante mecanismos de aislamiento tanto físicos como químicos.

El sustrato inferior de silicio proporciona principalmente rigidez estructural y estabilidad mecánica, garantizando la fiabilidad de la oblea durante la fabricación y el funcionamiento posterior. Su grosor suele oscilar entre 200 μm y 700 μm, ofreciendo un soporte mecánico suficiente y teniendo en cuenta la procesabilidad y los requisitos de la aplicación.

Principales ventajas de las obleas SOI
1. Mayor velocidad

• Gracias a una capa de óxido enterrada bajo los dispositivos, los transistores quedan aislados del sustrato de silicio. Esto reduce la capacitancia parásita, acelera la conmutación y hace que la tecnología SOI sea ideal para circuitos lógicos y de radiofrecuencia de alta velocidad.

2. Menor consumo de energía

• Una menor capacitancia implica menores pérdidas durante la carga y la descarga.
• Una menor cantidad de fugas de energía conlleva una reducción del consumo de energía en modo de espera (estático), lo que hace que el sistema sea más eficiente energéticamente.

3. Mejor aislamiento

• Cada dispositivo se encuentra sobre una capa de óxido, lo que reduce considerablemente la interferencia eléctrica entre ellos. Esto mejora la estabilidad al integrar circuitos analógicos y digitales, unidades de gestión de energía y módulos de radiofrecuencia en el mismo chip.

4. Mayor tolerancia a la radiación y a las altas temperaturas.

• Es menos probable que las cargas generadas por la radiación se propaguen a través del sustrato, lo que hace que los dispositivos SOI sean más seguros y fiables en entornos con alta radiación, como el sector aeroespacial.
• El aumento de la corriente de fuga a altas temperaturas es menos pronunciado, lo cual resulta beneficioso para la electrónica automotriz y las aplicaciones de control industrial.

5. Favorable para una mayor expansión.

• Gracias a una capa de silicio muy fina en la parte superior y una capa de óxido enterrada debajo, se controlan mejor los efectos de canal corto, lo que facilita el mantenimiento de un comportamiento estable del dispositivo a medida que los nodos de proceso continúan reduciéndose.

La tecnología SOI ya se ha aplicado en diversos campos. En la electrónica de consumo, se utiliza en los módulos de interfaz de radiofrecuencia de los teléfonos inteligentes, como los filtros 5G. En la electrónica automotriz, proporciona una plataforma de procesamiento estable para los chips de radar integrados en los vehículos. En el sector aeroespacial, se emplea en equipos de comunicación por satélite de alta fiabilidad. En dispositivos médicos, SOI facilita el diseño e implementación de sensores médicos implantables y diversos tipos de chips de monitorización de bajo consumo.

Nuestra empresa ofrece proyectos personalizados para obleas portadoras de silicio monocristalino:

• Espesor del sustrato de silicio: 100 μm / 300 μm / 400 μm / 500 μm / 625 μm y superior

• Espesor de SiO₂: de 100 nm a 10 μm

• Capa de silicio activa: ≥ 20 nm