Přehled substrátů SOI

Substrát SOI (Silicon-On-Insulator) je struktura, ve které je mezi vrchní vrstvu křemíku akřemíkový substráta integrované obvody jsou vyrobeny na horní křemíkové tenké vrstvě. Tato technologie využití materiálů SOI k výrobě integrovaných obvodů se nazývá technologie SOI.

Tři hlavní technologie pro výrobu substrátu SOI

1. Separace implantovaným kyslíkem (SIMOX)

2. Vazba a zpětné leptání SOI (BESOI)

3. Technologie Smart-cut.

Výhody substrátu SOI

1. Nízký svodový proud substrátu

Přítomnost izolační vrstvy Si02 účinně izoluje tranzistor od podkladového křemíkového substrátu. Tato izolace snižuje nežádoucí proud z aktivní vrstvy do substrátu. Svodový proud se zvyšuje s teplotou, čímž se výrazně zlepšuje spolehlivost čipu v prostředí s vysokou teplotou.

2. Snížená parazitní kapacita

V důsledku existence parazitní kapacity dochází nevyhnutelně k dalším zpožděním přenosu signálu. Použití materiálů SOI ke snížení těchto parazitních kapacit je běžnou praxí u vysokorychlostních nebo nízkoenergetických čipů. Ve srovnání s konvenčními čipy vyráběnými pomocí CMOS procesů mohou SOI čipy dosahovat o 15 % vyšší rychlosti a o 20 % nižší spotřeby energie.

3. Izolace hluku

V aplikacích se smíšeným signálem může elektrický šum generovaný digitálními obvody rušit analogové nebo vysokofrekvenční (RF) obvody, což povede ke snížení celkového výkonu systému. Izolační vrstva SiO2 ve struktuře SOI izoluje aktivní křemíkovou vrstvu od substrátu, čímž poskytuje vlastní izolaci hluku. To znamená, že šumu generovanému digitálními obvody lze účinně zabránit šíření přes substrát do citlivých analogových obvodů.

Oblasti použití substrátu SOI

1. Sektor spotřební elektroniky

OdSOI substrátymůže výrazně zlepšit výkon zařízení, jako jsou RF filtry a výkonové zesilovače, a dosáhnout rychlejšího přenosu signálu a nižší spotřeby energie. Jsou široce používány při výrobě čipů pro chytrá nositelná zařízení, jako jsou chytré hodinky a zařízení pro sledování zdraví a RF front-end moduly mobilních telefonů a tabletů.

2. Automobilová elektronika

Díky vynikajícímu výkonu odolávat složitým elektromagnetickým podmínkám jsou substráty SOI vhodné pro výrobu čipů pro řízení spotřeby v automobilech a aplikací v systémech autonomního řízení.

3. Letecký a obranný sektor

Substráty SOI nabízejí pozoruhodnou spolehlivost a odolnost vůči radiačnímu rušení a jsou schopny splnit přísné požadavky satelitních komunikačních zařízení a vojenských elektronických systémů na vysokou přesnost a vysokou spolehlivost.

4. Internet věcí (IoT)

S nárůstem objemu dat IoT roste poptávka po nízkonákladovém a vysoce přesném provozu. Substráty SOI, které těží z výhod nízké spotřeby energie a vysokého výkonu, dokonale odpovídají požadavkům IoT a jsou široce používány při výrobě čipů senzorových uzlů a čipů pro výpočet okrajů.

5. Implantovatelné zdravotnické prostředky v oboru lékařské elektroniky

Zařízení jako kardiostimulátory a neurostimulátory mají extrémně vysoké požadavky na nízkou spotřebu energie a biokompatibilitu. Nízká spotřeba energie a stabilita substrátů SOI může zajistit dlouhodobý bezpečný provoz implantabilních zařízení při minimalizaci dopadu na tělo pacienta.