Mis on SOI?

SOI on lühend sõnadestSilicon-On-isolaator. Sõna-sõnalt tähendab see „räni isolaatoril“. Praktikas seisneb struktuur selles, et ränivahvli peal on üliõhuke isoleerkiht, näiteks SiO₂, ja seejärel moodustatakse selle isoleerkihi peale õhuke ränikiht. See struktuur eraldab aktiivse ränikihi ränisubstraadist. Traditsioonilises räniprotsessis moodustatakse kiip aga otse ränisubstraadile ilma isoleerkihti kasutamata.

SOI vahvelkoosneb kolmest peamisest struktuurikihist: monokristallilisest ränist seadmekihist, ränidioksiidist isoleerivast kihist (maetud oksiid ehk BOX) ja ränisubstraadist. Koos moodustavad need kolm kihti sõltumatu ja stabiilse elektrilise keskkonna, kus igal kihil on oma roll, töötades samal ajal sünergias üldise jõudluse ja töökindluse parandamiseks.

Ülemine monokristallist ränist seadmekiht (tavaliselt umbes 5 nm kuni 2 μm paksune) on südamiku piirkond, kus valmistatakse transistore ja muid aktiivseid seadmeid. Selle üliõhuke struktuur on oluline alus seadme jõudluse parandamiseks ja pideva skaleerimise võimaldamiseks.

Keskmine maetud oksiidikiht (BOX) tagab elektrilise isolatsiooni. See ränidioksiidikiht, mille paksus on tavaliselt 5 nm kuni 2 μm, blokeerib tõhusalt elektrilise sidestuse seadme kihi ja aluspinna vahel nii füüsikaliste kui ka keemiliste isolatsioonimehhanismide kaudu.

Alumine ränisubstraat tagab peamiselt konstruktsiooni jäikuse ja mehaanilise stabiilsuse, tagades plaadi töökindluse tootmise ja järgneva töötamise ajal. Selle paksus on üldiselt vahemikus 200 μm kuni 700 μm, pakkudes piisavat mehaanilist tuge, võttes samal ajal arvesse töödeldavuse ja rakenduse nõudeid.

SOI vahvlite peamised eelised
1.Suurem kiirus

• Seadmete alla maetud oksiidikihiga on transistorid ränisubstraadist isoleeritud. See vähendab parasiitset mahtuvust, kiirendab lülitamist ja muudab SOI-transistori hästi sobivaks kiirete loogika- ja raadiosagedusahelate jaoks.

2. Väiksem energiatarve

• Väiksem mahtuvus tähendab väiksemaid laadimis- ja tühjenduskadusid.
• Vähem lekketeid vähendab ooterežiimi (staatilise) energiatarbimist, muutes süsteemi energiatõhusamaks.

3. Parem isolatsioon

• Iga seade "asub" oksiidikihil, mis vähendab oluliselt seadmetevahelisi elektrilisi häireid. See parandab stabiilsust analoog- ja digitaalahelate, toitehaldusüksuste ja raadiosagedusmoodulite integreerimisel samale kiibile.

4. Parem kiirgus- ja kõrge temperatuuritaluvus

• Kiirguse tekitatud laengud levivad substraadi kaudu väiksema tõenäosusega, muutes SOI-seadmed ohutumaks ja töökindlamaks kõrge kiirgusega keskkondades, näiteks lennunduses.
• Lekkevoolu suurenemine kõrgetel temperatuuridel on vähem märgatav, mis on kasulik autoelektroonika ja tööstusjuhtimise rakenduste jaoks.

5.Soodne edasiseks skaleerimiseks

• Väga õhukese ränikihi ja all oleva maetud oksiidikihiga on lühikese kanali efektid paremini kontrollitavad, mis lihtsustab seadme stabiilse käitumise säilitamist protsessisõlmede jätkuva kahanemise korral.

SOI-tehnoloogiat on juba rakendatud mitmes valdkonnas. Tarbeelektroonikas kasutatakse seda nutitelefonide raadiosageduslike esiotsa moodulites, näiteks 5G-filtrites. Autoelektroonikas pakub see stabiilset protsessiplatvormi sõidukisiseste radarikiipide jaoks. Lennundussektoris kasutatakse seda suure töökindlusega satelliitsideseadmetes. Meditsiiniseadmetes toetab SOI implanteeritavate meditsiiniliste andurite ja mitmesuguste väikese energiatarbega jälgimiskiipide projekteerimist ja rakendamist.

Meie ettevõte pakub eritellimusel valmistatud monokristallilisi ränikandja vahvleid:

• Ränisubstraadi paksus: 100 μm / 300 μm / 400 μm / 500 μm / 625 μm ja rohkem

• SiO₂ paksus: 100 nm kuni 10 μm

• Aktiivne ränikiht: ≥ 20 nm