Che cos'è SOI?

SOI è l'abbreviazione diSilicio su isolanteLetteralmente, significa "silicio su un isolante". In pratica, la struttura prevede uno strato isolante ultrasottile, come il SiO₂, sopra il wafer di silicio, e successivamente un sottile strato di silicio viene depositato sopra questo strato isolante. Questa struttura separa lo strato attivo di silicio dal substrato di silicio. Nei processi tradizionali di fabbricazione del silicio, invece, il chip viene formato direttamente sul substrato di silicio senza l'utilizzo di uno strato isolante.

wafer SOIÈ composto da tre strati strutturali chiave: uno strato di silicio monocristallino, uno strato isolante di biossido di silicio (l'ossido interrato, o BOX) e un substrato di silicio. Insieme, questi tre strati formano un ambiente elettrico indipendente e stabile, in cui ogni strato svolge il proprio ruolo pur lavorando in sinergia per migliorare le prestazioni e l'affidabilità complessive.

Lo strato superiore di silicio monocristallino (in genere con uno spessore compreso tra 5 nm e 2 μm) è la regione centrale in cui vengono fabbricati i transistor e gli altri dispositivi attivi. La sua struttura ultrasottile è fondamentale per migliorare le prestazioni dei dispositivi e consentire una miniaturizzazione continua.

Lo strato intermedio di ossido interrato (BOX) fornisce isolamento elettrico. Questo strato di biossido di silicio, solitamente con uno spessore compreso tra 5 nm e 2 μm, blocca efficacemente l'accoppiamento elettrico tra lo strato del dispositivo e il substrato sottostante attraverso meccanismi di isolamento sia fisici che chimici.

Il substrato di silicio inferiore fornisce principalmente rigidità strutturale e stabilità meccanica, garantendo l'affidabilità del wafer durante la produzione e il successivo funzionamento. Il suo spessore è generalmente compreso tra 200 μm e 700 μm, offrendo un supporto meccanico sufficiente e tenendo conto dei requisiti di processabilità e di applicazione.

Principali vantaggi dei wafer SOI
1. Velocità più elevata

• Grazie a uno strato di ossido interrato al di sotto dei dispositivi, i transistor risultano isolati dal substrato di silicio. Ciò riduce la capacità parassita, velocizza la commutazione e rende la tecnologia SOI particolarmente adatta per circuiti logici e RF ad alta velocità.

2. Minore consumo energetico

• Una capacità inferiore significa minori perdite di carica e scarica.
• Un minor numero di percorsi di dispersione porta a una riduzione del consumo energetico in modalità standby (statica), rendendo il sistema più efficiente dal punto di vista energetico.

3. Migliore isolamento

• Ciascun dispositivo è "posizionato" su uno strato di ossido, che riduce notevolmente le interferenze elettriche tra i dispositivi. Ciò migliora la stabilità quando si integrano circuiti analogici e digitali, unità di gestione dell'alimentazione e moduli RF sullo stesso chip.

4. Migliore tolleranza alle radiazioni e alle alte temperature.

• Le cariche generate dalle radiazioni hanno meno probabilità di diffondersi attraverso il substrato, rendendo i dispositivi SOI più sicuri e affidabili in ambienti ad alta radiazione come quello aerospaziale.
• L'aumento della corrente di dispersione alle alte temperature è meno accentuato, il che rappresenta un vantaggio per l'elettronica automobilistica e le applicazioni di controllo industriale.

5. Favorevole a un'ulteriore espansione

• Grazie a un sottilissimo strato di silicio sulla superficie e a uno strato di ossido interrato al di sotto, gli effetti di canale corto risultano meglio controllati, facilitando il mantenimento di un comportamento stabile del dispositivo man mano che i nodi di processo si riducono.

La tecnologia SOI è già stata applicata in diversi settori. Nell'elettronica di consumo, viene utilizzata nei moduli front-end RF degli smartphone, come ad esempio i filtri 5G. Nell'elettronica automobilistica, fornisce una piattaforma di processo stabile per i chip radar di bordo. Nel settore aerospaziale, è impiegata in apparecchiature di comunicazione satellitare ad alta affidabilità. Nei dispositivi medicali, la tecnologia SOI supporta la progettazione e l'implementazione di sensori medici impiantabili e di vari tipi di chip di monitoraggio a basso consumo energetico.

La nostra azienda offre progetti personalizzati per wafer di silicio monocristallino:

• Spessore del substrato di silicio: 100 μm / 300 μm / 400 μm / 500 μm / 625 μm e oltre

• Spessore di SiO₂: da 100 nm a 10 μm

• Strato di silicio attivo: ≥ 20 nm