Что такое SOI?

SOI — это аббревиатура отКремний на изолятореВ буквальном смысле это означает «кремний на изоляторе». На практике структура такова: на кремниевой подложке находится сверхтонкий изолирующий слой, например SiO₂, а затем поверх этого изолирующего слоя формируется тонкий слой кремния. Такая структура отделяет активный кремниевый слой от кремниевой подложки. Однако в традиционном кремниевом процессе чип формируется непосредственно на кремниевой подложке без использования изолирующего слоя.

SOI-пластинаОн состоит из трех ключевых структурных слоев: монокристаллического кремниевого слоя, изоляционного слоя диоксида кремния (скрытого оксида, или BOX) и кремниевой подложки. Вместе эти три слоя образуют независимую и стабильную электрическую среду, при этом каждый слой выполняет свою роль, работая в синергии для повышения общей производительности и надежности.

Верхний монокристаллический кремниевый слой (обычно толщиной от 5 нм до 2 мкм) является основной областью, где изготавливаются транзисторы и другие активные устройства. Его сверхтонкая структура является важнейшей основой для повышения производительности устройств и обеспечения непрерывного масштабирования.

Средний слой скрытого оксида (BOX) обеспечивает электрическую изоляцию. Этот слой диоксида кремния, обычно толщиной от 5 нм до 2 мкм, эффективно блокирует электрическую связь между слоем устройства и нижележащей подложкой за счет как физических, так и химических механизмов изоляции.

Нижний кремниевый слой в основном обеспечивает структурную жесткость и механическую стабильность, гарантируя надежность пластины во время производства и последующей эксплуатации. Его толщина обычно находится в диапазоне от 200 мкм до 700 мкм, обеспечивая достаточную механическую поддержку с учетом технологичности и требований к применению.

Основные преимущества кремниевых пластин на изоляторе (SOI).
1. Более высокая скорость

• Благодаря скрытому оксидному слою под устройствами транзисторы изолированы от кремниевой подложки. Это уменьшает паразитные емкости, ускоряет переключение и делает SOI хорошо подходящим для высокоскоростных логических и радиочастотных схем.

2. Более низкое энергопотребление

• Меньшая емкость означает меньшие потери при зарядке и разрядке.
• Меньшее количество путей утечки приводит к снижению энергопотребления в режиме ожидания (статического режима), что делает систему более энергоэффективной.

3. Лучшая изоляция

• Каждое устройство «расположено» на оксидном слое, что значительно снижает электрические помехи между устройствами. Это повышает стабильность при интеграции аналоговых и цифровых схем, блоков управления питанием и радиочастотных модулей на одном чипе.

4. Улучшенная устойчивость к радиации и высоким температурам.

• Генерируемые излучением заряды с меньшей вероятностью распространяются по подложке, что делает устройства на основе SOI более безопасными и надежными в условиях высокого уровня радиации, например, в аэрокосмической отрасли.
• Увеличение тока утечки при высоких температурах менее выражено, что благоприятно для автомобильной электроники и систем промышленного управления.

5. Благоприятные условия для дальнейшего масштабирования.

• Благодаря очень тонкому слою кремния сверху и скрытому под ним слою оксида, эффекты короткого канала лучше контролируются, что упрощает поддержание стабильной работы устройства по мере дальнейшего уменьшения технологических параметров.

Технология SOI уже нашла применение во многих областях. В бытовой электронике она используется в радиочастотных модулях смартфонов, например, в фильтрах 5G. В автомобильной электронике она обеспечивает стабильную технологическую платформу для автомобильных радарных чипов. В аэрокосмической отрасли она применяется в высоконадежном оборудовании спутниковой связи. В медицинских устройствах SOI поддерживает проектирование и внедрение имплантируемых медицинских датчиков и различных типов маломощных микросхем мониторинга.

Наша компания предлагает индивидуальные проекты для кремниевых подложек из монокристаллического кремния:

• Толщина кремниевой подложки: 100 мкм / 300 мкм / 400 мкм / 500 мкм / 625 мкм и более.

• Толщина слоя SiO₂: от 100 нм до 10 мкм

• Активный кремниевый слой: ≥ 20 нм