Hva er SOI?

SOI er forkortelsen forSilisium-på-isolatorBokstavelig talt betyr det «silisium på en isolator». I praksis er strukturen at det er et ultratynt isolerende lag, for eksempel SiO₂, oppå silisiumskiven, og deretter dannes et tynt silisiumlag oppå dette isolerende laget. Denne strukturen skiller det aktive silisiumlaget fra silisiumsubstratet. I en tradisjonell silisiumprosess dannes imidlertid brikken direkte på silisiumsubstratet uten å bruke et isolerende lag.

SOI-waferbestår av tre viktige strukturelle lag: et enkeltkrystallinsk silisiumkomponentlag, et isolerende silisiumdioksidlag (det nedgravde oksidet, eller BOX), og et silisiumsubstrat. Sammen danner disse tre lagene et uavhengig og stabilt elektrisk miljø, der hvert lag spiller sin egen rolle samtidig som de jobber synergimessig for å forbedre den generelle ytelsen og påliteligheten.

Det øverste laget av enkeltkrystallsilisium (vanligvis omtrent 5 nm til 2 μm tykt) er kjerneområdet der transistorer og andre aktive komponenter produseres. Den ultratynne strukturen er et avgjørende grunnlag for å forbedre enhetens ytelse og muliggjøre kontinuerlig skalering.

Det midterste laget med nedgravd oksid (BOX) gir elektrisk isolasjon. Dette silisiumdioksidlaget, vanligvis 5 nm til 2 μm tykt, blokkerer effektivt elektrisk kobling mellom enhetslaget og det underliggende substratet gjennom både fysiske og kjemiske isolasjonsmekanismer.

Det nederste silisiumsubstratet gir hovedsakelig strukturell stivhet og mekanisk stabilitet, noe som sikrer waferens pålitelighet under produksjon og påfølgende drift. Tykkelsen er vanligvis i området 200 μm til 700 μm, og gir tilstrekkelig mekanisk støtte samtidig som det tas hensyn til prosesserbarhet og applikasjonskrav.

Hovedfordelene med SOI-wafere
1. Høyere hastighet

• Med et nedgravd oksidlag under enhetene er transistorene isolert fra silisiumsubstratet. Dette reduserer parasittisk kapasitans, øker hastigheten på svitsjing og gjør SOI godt egnet for høyhastighetslogikk og RF-kretser.

2. Lavere strømforbruk

• Mindre kapasitans betyr lavere lade- og utladingstap.
• Færre lekkasjeveier fører til redusert strømforbruk i standby (statisk), noe som gjør systemet mer energieffektivt.

3. Bedre isolasjon

• Hver enhet «sitter» på et oksidlag, noe som reduserer elektrisk interferens mellom enhetene betraktelig. Dette forbedrer stabiliteten når man integrerer analoge og digitale kretser, strømstyringsenheter og RF-moduler på samme brikke.

4. Forbedret strålings- og høytemperaturtoleranse

• Strålingsgenererte ladninger sprer seg mindre sannsynlig gjennom substratet, noe som gjør SOI-enheter tryggere og mer pålitelige i miljøer med høy stråling, som for eksempel luftfart.
• Økningen i lekkasjestrøm ved høye temperaturer er mindre alvorlig, noe som er gunstig for bilelektronikk og industrielle kontrollapplikasjoner.

5. Gunstig for videre skalering

• Med et veldig tynt silisiumlag på toppen og et nedgravd oksidlag under, kontrolleres kortkanaleffekter bedre, noe som gjør det enklere å opprettholde stabil enhetsoppførsel ettersom prosessnodene fortsetter å krympe.

SOI-teknologi har allerede blitt brukt på flere felt. Innen forbrukerelektronikk brukes den i RF-frontmoduler på smarttelefoner, for eksempel 5G-filtre. Innen bilelektronikk gir den en stabil prosessplattform for radarbrikker i kjøretøy. Innen luftfartssektoren brukes den i svært pålitelig satellittkommunikasjonsutstyr. Innen medisinsk utstyr støtter SOI design og implementering av implanterbare medisinske sensorer og ulike typer lavstrøms overvåkingsbrikker.

Vårt firma tilbyr skreddersydde prosjekter for silisiumbærerskiver med én krystall:

• Silisiumsubstrattykkelse: 100 μm / 300 μm / 400 μm / 500 μm / 625 μm og over

• SiO₂-tykkelse: fra 100 nm til 10 μm

• Aktivt silisiumlag: ≥ 20 nm