Čo je SOI?

SOI je skratka preKremík na izolátoreDoslovne to znamená „kremík na izolante“. V praxi je štruktúra taká, že na kremíkovej doštičke je ultratenká izolačná vrstva, ako napríklad SiO₂, a potom sa na túto izolačnú vrstvu vytvorí tenká kremíková vrstva. Táto štruktúra oddeľuje aktívnu kremíkovú vrstvu od kremíkového substrátu. V tradičnom kremíkovom procese sa však čip vytvára priamo na kremíkovom substráte bez použitia izolačnej vrstvy.

SOI doštičkasa skladá z troch kľúčových štrukturálnych vrstiev: vrstvy monokryštálového kremíka, izolačnej vrstvy oxidu kremičitého (zakopaný oxid alebo BOX) a kremíkového substrátu. Tieto tri vrstvy spolu tvoria nezávislé a stabilné elektrické prostredie, pričom každá vrstva hrá svoju vlastnú úlohu a zároveň synergicky pracuje na zlepšení celkového výkonu a spoľahlivosti.

Vrchná vrstva monokryštálového kremíka (zvyčajne hrubá približne 5 nm až 2 μm) je jadrom, kde sa vyrábajú tranzistory a iné aktívne zariadenia. Jej ultratenká štruktúra je kľúčovým základom pre zlepšenie výkonu zariadení a umožnenie kontinuálneho škálovania.

Stredná vrstva zakopaného oxidu (BOX) zabezpečuje elektrickú izoláciu. Táto vrstva oxidu kremičitého, zvyčajne s hrúbkou 5 nm až 2 μm, účinne blokuje elektrickú väzbu medzi vrstvou zariadenia a podkladovým substrátom prostredníctvom fyzikálnych aj chemických izolačných mechanizmov.

Spodný kremíkový substrát zabezpečuje najmä štrukturálnu tuhosť a mechanickú stabilitu, čím zaisťuje spoľahlivosť doštičky počas výroby a následnej prevádzky. Jeho hrúbka sa vo všeobecnosti pohybuje v rozmedzí od 200 μm do 700 μm, čo ponúka dostatočnú mechanickú oporu a zároveň zohľadňuje požiadavky na spracovateľnosť a aplikáciu.

Hlavné výhody SOI doštičiek
1. Vyššia rýchlosť

• Vďaka vrstve oxidu umiestnenej pod tranzistormi sú tranzistory izolované od kremíkového substrátu. To znižuje parazitnú kapacitu, zrýchľuje prepínanie a robí SOI vhodným pre vysokorýchlostné logické a RF obvody.

2. Nižšia spotreba energie

• Menšia kapacita znamená nižšie straty pri nabíjaní a vybíjaní.
• Menej únikových ciest vedie k zníženej spotrebe energie v pohotovostnom (statickom) režime, vďaka čomu je systém energeticky účinnejší.

3. Lepšia izolácia

• Každé zariadenie „sedí“ na oxidovej vrstve, čo výrazne znižuje elektrické rušenie medzi zariadeniami. To zlepšuje stabilitu pri integrácii analógových a digitálnych obvodov, jednotiek riadenia napájania a RF modulov na tom istom čipe.

4. Zlepšená odolnosť voči žiareniu a vysokým teplotám

• Náboje generované žiarením sa s menšou pravdepodobnosťou šíria cez substrát, vďaka čomu sú zariadenia SOI bezpečnejšie a spoľahlivejšie v prostrediach s vysokým žiarením, ako je napríklad letecký priemysel.
• Zvýšenie zvodového prúdu pri vysokých teplotách je menej výrazné, čo je výhodné pre automobilovú elektroniku a priemyselné riadiace aplikácie.

5. Priaznivé pre ďalšie škálovanie

• Vďaka veľmi tenkej vrstve kremíka navrchu a zabudovanej vrstve oxidu pod ňou sú efekty krátkych kanálov lepšie kontrolované, čo uľahčuje udržiavanie stabilného správania zariadenia pri zmenšovaní procesných uzlov.

Technológia SOI sa už uplatňuje vo viacerých oblastiach. V spotrebnej elektronike sa používa vo RF front-end moduloch smartfónov, ako sú napríklad 5G filtre. V automobilovej elektronike poskytuje stabilnú procesnú platformu pre radarové čipy vo vozidlách. V leteckom a kozmickom sektore sa používa vo vysoko spoľahlivých satelitných komunikačných zariadeniach. V zdravotníckych pomôckach SOI podporuje návrh a implementáciu implantovateľných lekárskych senzorov a rôznych typov nízkoenergetických monitorovacích čipov.

Naša spoločnosť ponúka zákazkové projekty pre nosičové doštičky z monokryštálového kremíka:

• Hrúbka kremíkového substrátu: 100 μm / 300 μm / 400 μm / 500 μm / 625 μm a viac

• Hrúbka SiO₂: od 100 nm do 10 μm

• Aktívna kremíková vrstva: ≥ 20 nm