O que é SOI?

SOI é a abreviação deSilício sobre isolanteLiteralmente, significa "silício sobre um isolante". Na prática, a estrutura consiste em uma camada isolante ultrafina, como SiO₂, sobre a pastilha de silício, e então uma fina camada de silício é formada sobre essa camada isolante. Essa estrutura separa a camada ativa de silício do substrato de silício. Em um processo de fabricação de silício tradicional, entretanto, o chip é formado diretamente sobre o substrato de silício, sem o uso de uma camada isolante.

wafer SOIÉ composto por três camadas estruturais principais: uma camada de dispositivo de silício monocristalino, uma camada isolante de dióxido de silício (o óxido enterrado, ou BOX) e um substrato de silício. Juntas, essas três camadas formam um ambiente elétrico independente e estável, com cada camada desempenhando seu próprio papel, enquanto trabalham em sinergia para aprimorar o desempenho e a confiabilidade geral.

A camada superior de silício monocristalino (tipicamente com cerca de 5 nm a 2 μm de espessura) é a região central onde os transistores e outros dispositivos ativos são fabricados. Sua estrutura ultrafina é fundamental para melhorar o desempenho dos dispositivos e permitir a miniaturização contínua.

A camada intermediária de óxido enterrado (BOX, do inglês Middle Burden Óxido) proporciona isolamento elétrico. Essa camada de dióxido de silício, geralmente com 5 nm a 2 μm de espessura, bloqueia efetivamente o acoplamento elétrico entre a camada do dispositivo e o substrato subjacente por meio de mecanismos de isolamento físico e químico.

O substrato de silício inferior proporciona principalmente rigidez estrutural e estabilidade mecânica, garantindo a confiabilidade do wafer durante a fabricação e operação subsequente. Sua espessura geralmente varia de 200 μm a 700 μm, oferecendo suporte mecânico suficiente e, ao mesmo tempo, levando em consideração a processabilidade e os requisitos de aplicação.

Principais vantagens dos wafers SOI
1. Maior velocidade

• Com uma camada de óxido enterrada sob os dispositivos, os transistores ficam isolados do substrato de silício. Isso reduz a capacitância parasita, acelera a comutação e torna a tecnologia SOI ideal para circuitos lógicos e de radiofrequência de alta velocidade.

2. Menor consumo de energia

• Menor capacitância significa menores perdas durante os processos de carga e descarga.
• Menos caminhos de fuga levam a um menor consumo de energia em modo de espera (estático), tornando o sistema mais eficiente em termos energéticos.

3. Melhor isolamento

• Cada dispositivo está "assentado" sobre uma camada de óxido, o que reduz significativamente a interferência elétrica entre os dispositivos. Isso melhora a estabilidade ao integrar circuitos analógicos e digitais, unidades de gerenciamento de energia e módulos de RF no mesmo chip.

4. Melhoria na tolerância à radiação e a altas temperaturas

• As cargas geradas por radiação têm menor probabilidade de se propagarem pelo substrato, tornando os dispositivos SOI mais seguros e confiáveis ​​em ambientes de alta radiação, como o aeroespacial.
• O aumento da corrente de fuga em altas temperaturas é menos acentuado, o que é benéfico para a eletrônica automotiva e aplicações de controle industrial.

5. Favorável para maior expansão

• Com uma camada de silício muito fina na superfície e uma camada de óxido enterrada abaixo, os efeitos de canal curto são melhor controlados, facilitando a manutenção de um comportamento estável do dispositivo à medida que os nós de processo continuam a diminuir de tamanho.

A tecnologia SOI já foi aplicada em diversos campos. Na eletrônica de consumo, é utilizada nos módulos front-end de RF de smartphones, como os filtros 5G. Na eletrônica automotiva, fornece uma plataforma de processo estável para chips de radar veiculares. No setor aeroespacial, é empregada em equipamentos de comunicação via satélite de alta confiabilidade. Em dispositivos médicos, a tecnologia SOI suporta o projeto e a implementação de sensores médicos implantáveis ​​e diversos tipos de chips de monitoramento de baixo consumo de energia.

Nossa empresa oferece projetos personalizados para wafers de silício monocristalino:

• Espessura do substrato de silício: 100 μm / 300 μm / 400 μm / 500 μm / 625 μm e acima

• Espessura do SiO₂: de 100 nm a 10 μm

• Camada ativa de silício: ≥ 20 nm