En oversikt over SOI-substrater

SOI(Silicon-On-Insulator)-substrat er en struktur der et silisiumoksid (SiO2) isolerende lag innføres mellom et toppsilisiumlag og ensilisium substrat, og integrerte kretser er produsert på det øverste silisium-tynne laget. Denne teknologien for å bruke SOI-materialer til å produsere integrerte kretser kalles SOI-teknologi.

De tre hovedteknologiene for produksjon av SOI-substrat

1. Separasjon med implantert oksygen (SIMOX)

2. Bond og etch-back SOI (BESOI)

3. Smart-cut-teknologi.

Fordelene med SOI-substrat

1. Lav substratlekkasjestrøm

Tilstedeværelsen av et SiO2-isolasjonslag isolerer effektivt transistoren fra det underliggende silisiumsubstratet. Denne isolasjonen reduserer uønsket strøm fra det aktive laget til underlaget. Lekkasjestrømmen øker med temperaturen, og forbedrer dermed chip-påliteligheten betydelig i miljøer med høy temperatur.

2. Redusert parasittisk kapasitans

På grunn av eksistensen av parasittisk kapasitans, oppstår de ekstra forsinkelsene uunngåelig i signaloverføring. Å bruke SOI-materialer for å redusere disse parasittiske kapasitansene er vanlig praksis i høyhastighets- eller laveffektbrikker. Sammenlignet med konvensjonelle brikker produsert ved hjelp av CMOS-prosesser, kan SOI-brikker oppnå 15 % høyere hastighet og 20 % lavere strømforbruk.

3. Støyisolering

I applikasjoner med blandede signaler kan elektrisk støy generert av digitale kretser forstyrre analoge eller radiofrekvenskretser (RF), noe som vil føre til en reduksjon i den totale systemytelsen. SiO2-isolasjonslaget i SOI-strukturen isolerer det aktive silisiumlaget fra underlaget, og leverer dermed en iboende støyisolering. Dette betyr at støy generert av digitale kretser effektivt kan forhindres i å forplante seg gjennom substratet til følsomme analoge kretser.

Bruksområdene for SOI-substrat

1. Sektor for forbrukerelektronikk

SidenSOI-substraterkan forbedre ytelsen til enheter som RF-filtre og effektforsterkere betydelig og oppnå raskere signaloverføring og lavere strømforbruk. De er mye brukt i brikkeproduksjon for smarte bærbare enheter som smartklokker og helseovervåkingsenheter, og RF-frontmoduler på mobiltelefoner og nettbrett.

2. Bilelektronikk

Takket være den utmerkede ytelsen for å motstå komplekse elektromagnetiske forhold, er SOI-substrater godt egnet for produksjon av bilkraftstyringsbrikker og applikasjoner i de autonome kjøresystemene.

3. Luftfart og forsvarssektoren

SOI-substrater tilbyr bemerkelsesverdig pålitelighet og motstand mot strålingsinterferens, og er i stand til å møte de strenge kravene til satellittkommunikasjonsutstyr og militære elektroniske systemer for høy presisjon og høy pålitelighet.

4. Internet of Things (IoT)

Med økningen i IoT-datavolumet vokser etterspørselen etter lavkostnads- og høypresisjonsdrift. Ved å dra nytte av det lave strømforbruket og de høye ytelsesfordelene, er SOI-substrater perfekt på linje med IoT-kravene og blir i stor grad tatt i bruk i produksjonen av sensornodebrikker og kantdatabrikker.

5. Implanterbare medisinske enheter innen medisinsk elektronikk

Enheter som pacemakere og nevrostimulatorer har ekstremt høye krav til lavt strømforbruk og biokompatibilitet. Det lave strømforbruket og stabiliteten til SOI-substrater kan sikre langsiktig sikker drift av implanterbare enheter samtidig som innvirkningen på pasientens kropp minimeres.