SOI คืออะไร?

SOI เป็นตัวย่อของซิลิคอนบนฉนวนตามความหมายตรงตัวแล้วคือ “ซิลิคอนบนฉนวน” ในทางปฏิบัติ โครงสร้างคือมีชั้นฉนวนบางพิเศษ เช่น SiO₂ อยู่ด้านบนของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน จากนั้นจึงสร้างชั้นซิลิคอนบางๆ ทับลงบนชั้นฉนวนนี้ โครงสร้างนี้จะแยกชั้นซิลิคอนที่ใช้งานอยู่จากพื้นผิวซิลิคอน อย่างไรก็ตาม ในกระบวนการผลิตซิลิคอนแบบดั้งเดิม ชิปจะถูกสร้างขึ้นโดยตรงบนพื้นผิวซิลิคอนโดยไม่ใช้ชั้นฉนวน

เวเฟอร์ SOIประกอบด้วยชั้นโครงสร้างหลักสามชั้น ได้แก่ ชั้นอุปกรณ์ซิลิคอนผลึกเดี่ยว ชั้นฉนวนซิลิคอนไดออกไซด์ (ออกไซด์ฝังตัว หรือ BOX) และพื้นผิวซิลิคอน ทั้งสามชั้นนี้รวมกันเป็นสภาพแวดล้อมทางไฟฟ้าที่เป็นอิสระและเสถียร โดยแต่ละชั้นทำหน้าที่ของตนเองในขณะที่ทำงานร่วมกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือโดยรวม

ชั้นซิลิคอนผลึกเดี่ยวชั้นบนสุด (โดยทั่วไปมีความหนาประมาณ 5 นาโนเมตรถึง 2 ไมโครเมตร) เป็นบริเวณหลักที่ใช้ในการผลิตทรานซิสเตอร์และอุปกรณ์แอคทีฟอื่นๆ โครงสร้างที่บางเป็นพิเศษนี้เป็นรากฐานสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์และช่วยให้สามารถขยายขนาดได้อย่างต่อเนื่อง

ชั้นออกไซด์ฝังตัวตรงกลาง (BOX) ทำหน้าที่เป็นฉนวนไฟฟ้า ชั้นซิลิคอนไดออกไซด์นี้โดยทั่วไปมีความหนา 5 นาโนเมตรถึง 2 ไมโครเมตร ช่วยป้องกันการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพระหว่างชั้นอุปกรณ์และพื้นผิวรองรับด้านล่าง ผ่านกลไกการแยกทั้งทางกายภาพและทางเคมี

แผ่นซิลิคอนด้านล่างมีหน้าที่หลักในการเสริมความแข็งแรงและเสถียรภาพทางกล ทำให้มั่นใจได้ถึงความน่าเชื่อถือของเวเฟอร์ในระหว่างกระบวนการผลิตและการใช้งานในภายหลัง โดยทั่วไปความหนาของแผ่นซิลิคอนจะอยู่ในช่วง 200 ไมโครเมตรถึง 700 ไมโครเมตร ซึ่งให้การรองรับทางกลที่เพียงพอ ในขณะเดียวกันก็คำนึงถึงความสามารถในการแปรรูปและข้อกำหนดในการใช้งานด้วย

ข้อดีหลักของเวเฟอร์ SOI
1.ความเร็วสูงขึ้น

• ด้วยชั้นออกไซด์ที่ฝังอยู่ใต้ตัวอุปกรณ์ ทรานซิสเตอร์จึงถูกแยกออกจากพื้นผิวซิลิคอน ซึ่งช่วยลดความจุปรสิต เพิ่มความเร็วในการสวิตช์ และทำให้ SOI เหมาะอย่างยิ่งสำหรับวงจรลอจิกและวงจร RF ความเร็วสูง

2. ประหยัดพลังงานมากขึ้น

• ค่าความจุที่ต่ำกว่าหมายถึงการสูญเสียในการชาร์จและการคายประจุที่น้อยลง
• การลดจำนวนจุดรั่วไหลของกระแสไฟ ส่งผลให้การใช้พลังงานในโหมดสแตนด์บาย (คงที่) ลดลง ทำให้ระบบมีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากขึ้น

3.การแยกเสียงที่ดีขึ้น

• อุปกรณ์แต่ละชิ้น "วางอยู่" บนชั้นออกไซด์ ซึ่งช่วยลดการรบกวนทางไฟฟ้าKระหว่างอุปกรณ์ได้อย่างมาก สิ่งนี้ช่วยเพิ่มเสถียรภาพเมื่อรวมวงจรอนาล็อกและดิจิทัล หน่วยจัดการพลังงาน และโมดูล RF ไว้ในชิปเดียวกัน

4. ปรับปรุงความทนทานต่อรังสีและอุณหภูมิสูง

• ประจุที่เกิดจากรังสีมีโอกาสน้อยที่จะแพร่กระจายผ่านวัสดุรองรับ ทำให้ชิ้นส่วน SOI มีความปลอดภัยและน่าเชื่อถือมากขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีรังสีสูง เช่น ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ
• การเพิ่มขึ้นของกระแสรั่วไหลที่อุณหภูมิสูงนั้นไม่รุนแรงมากนัก ซึ่งเป็นประโยชน์ต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์และการใช้งานควบคุมในอุตสาหกรรม

5. เอื้อต่อการขยายขนาดต่อไป

• ด้วยชั้นซิลิคอนที่บางมากอยู่ด้านบนและชั้นออกไซด์ที่ฝังอยู่ด้านล่าง ผลกระทบจากช่องสัญญาณสั้นจึงถูกควบคุมได้ดีขึ้น ทำให้รักษาเสถียรภาพการทำงานของอุปกรณ์ได้ง่ายขึ้นเมื่อขนาดของกระบวนการผลิตลดลงอย่างต่อเนื่อง

เทคโนโลยี SOI ได้ถูกนำไปประยุกต์ใช้แล้วในหลายสาขา ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ใช้ในโมดูล RF front-end ของสมาร์ทโฟน เช่น ตัวกรอง 5G ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ เป็นแพลตฟอร์มกระบวนการที่เสถียรสำหรับชิปเรดาร์ในรถยนต์ ในภาคอวกาศ ใช้ในอุปกรณ์สื่อสารผ่านดาวเทียมที่มีความน่าเชื่อถือสูง และในอุปกรณ์ทางการแพทย์ SOI สนับสนุนการออกแบบและการใช้งานเซ็นเซอร์ทางการแพทย์แบบฝังตัวและชิปตรวจสอบพลังงานต่ำประเภทต่างๆ

บริษัทของเรานำเสนอโครงการสั่งทำพิเศษสำหรับแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยว:

• ความหนาของแผ่นรองพื้นซิลิคอน: 100 μm / 300 μm / 400 μm / 500 μm / 625 μm และมากกว่านั้น

• ความหนาของ SiO₂: ตั้งแต่ 100 นาโนเมตร ถึง 10 ไมโครเมตร

• ชั้นซิลิคอนแอคทีฟ: ≥ 20 นาโนเมตร