Vad är SOI?

SOI är förkortningen förKisel-på-isolatorBokstavligen betyder det "kisel på en isolator". I praktiken är strukturen att det finns ett ultratunt isolerande lager, såsom SiO₂, ovanpå kiselskivan, och sedan bildas ett tunt kisellager ovanpå detta isolerande lager. Denna struktur separerar det aktiva kisellagret från kiselsubstratet. I en traditionell kiselprocess bildas dock chipet direkt på kiselsubstratet utan att använda ett isolerande lager.

SOI-skivabestår av tre viktiga strukturella lager: ett enkristalligt kisellager, ett isolerande kiseldioxidlager (den begravda oxiden, eller BOX) och ett kiselsubstrat. Tillsammans bildar dessa tre lager en oberoende och stabil elektrisk miljö, där varje lager spelar sin egen roll samtidigt som de arbetar synergistiskt för att förbättra den totala prestandan och tillförlitligheten.

Det översta enkristalliga kiselskiktet (vanligtvis cirka 5 nm till 2 μm tjockt) är kärnområdet där transistorer och andra aktiva komponenter tillverkas. Dess ultratunna struktur är en avgörande grund för att förbättra komponenternas prestanda och möjliggöra kontinuerlig skalning.

Det mellersta begravda oxidskiktet (BOX) ger elektrisk isolering. Detta kiseldioxidskikt, vanligtvis 5 nm till 2 μm tjockt, blockerar effektivt elektrisk koppling mellan komponentskiktet och det underliggande substratet genom både fysiska och kemiska isoleringsmekanismer.

Det nedre kiselsubstratet ger huvudsakligen strukturell styvhet och mekanisk stabilitet, vilket säkerställer waferns tillförlitlighet under tillverkning och efterföljande drift. Dess tjocklek ligger generellt i intervallet 200 μm till 700 μm, vilket ger tillräckligt mekaniskt stöd samtidigt som bearbetningsbarhet och tillämpningskrav tas med i beräkningen.

De viktigaste fördelarna med SOI-wafers
1. Högre hastighet

• Med ett begravt oxidlager under komponenterna är transistorerna isolerade från kiselsubstratet. Detta minskar parasitisk kapacitans, snabbar upp switchningen och gör SOI väl lämpad för höghastighetslogik och RF-kretsar.

2. Lägre strömförbrukning

• Mindre kapacitans innebär lägre laddnings- och urladdningsförluster.
• Färre läckagevägar leder till minskad strömförbrukning i standby-läge (statisk), vilket gör systemet mer energieffektivt.

3. Bättre isolering

• Varje enhet "sitter" på ett oxidlager, vilket kraftigt minskar elektriska störningar mellan enheter. Detta förbättrar stabiliteten vid integration av analoga + digitala kretsar, strömhanteringsenheter och RF-moduler på samma chip.

4. Förbättrad strålning och högtemperaturtolerans

• Strålningsgenererade laddningar är mindre benägna att spridas genom substratet, vilket gör SOI-enheter säkrare och mer tillförlitliga i miljöer med hög strålning, såsom flyg- och rymdteknik.
• Ökningen av läckströmmen vid höga temperaturer är mindre allvarlig, vilket är fördelaktigt för fordonselektronik och industriella styrapplikationer.

5. Gynnsam för ytterligare skalning

• Med ett mycket tunt kisellager ovanpå och ett begravt oxidlager under kontrolleras kortkanaleffekter bättre, vilket gör det enklare att upprätthålla stabilt enhetsbeteende allt eftersom processnoderna fortsätter att krympa.

SOI-teknik har redan tillämpats inom flera områden. Inom konsumentelektronik används den i RF-frontend-moduler i smartphones, såsom 5G-filter. Inom fordonselektronik tillhandahåller den en stabil processplattform för radarchip i fordon. Inom flyg- och rymdsektorn används den i högtillförlitlig satellitkommunikationsutrustning. Inom medicintekniska produkter stöder SOI design och implementering av implanterbara medicinska sensorer och olika typer av övervakningschip med låg effekt.

Vårt företag erbjuder skräddarsydda projekt för enkristallkiselbärarskivor:

• Kiselsubstrattjocklek: 100 μm / 300 μm / 400 μm / 500 μm / 625 μm och däröver

• SiO₂-tjocklek: från 100 nm till 10 μm

• Aktivt kisellager: ≥ 20 nm