En översikt över SOI-substrat

SOI(Silicon-On-Insulator)-substrat är en struktur där ett isolerande kiseloxid (SiO2)-skikt införs mellan ett övre kiselskikt och enkiselsubstrat, och integrerade kretsar är tillverkade på det övre kiselskiktet. Denna teknik för att använda SOI-material för att tillverka integrerade kretsar kallas SOI-teknik.

De tre huvudsakliga teknologierna för tillverkning av SOI-substrat

1. Separation med implanterat syre (SIMOX)

2. Bond och etch-back SOI (BESOI)

3. Smart-cut-teknik.

Fördelarna med SOI-substrat

1. Låg substratläckström

Närvaron av ett SiO2-isoleringsskikt isolerar effektivt transistorn från det underliggande kiselsubstratet. Denna isolering minskar oönskad ström från det aktiva lagret till substratet. Läckströmmen ökar med temperaturen, vilket avsevärt förbättrar chiptillförlitligheten i högtemperaturmiljöer.

2. Reducerad parasitisk kapacitans

På grund av förekomsten av parasitisk kapacitans uppstår de ytterligare fördröjningarna oundvikligen vid signalöverföring. Att använda SOI-material för att minska dessa parasitiska kapacitanser är vanlig praxis i höghastighets- eller lågeffektchips. Jämfört med konventionella chips tillverkade med CMOS-processer kan SOI-chips uppnå 15 % högre hastighet och 20 % lägre energiförbrukning.

3. Bullerisolering

I applikationer med blandade signaler kan elektriskt brus som genereras av digitala kretsar störa analoga eller radiofrekvenskretsar (RF), vilket kommer att leda till en minskning av systemets totala prestanda. Det isolerande SiO2-skiktet i SOI-strukturen isolerar det aktiva kiselskiktet från substratet, vilket ger en inneboende ljudisolering. Detta betyder att brus som genereras av digitala kretsar effektivt kan förhindras från att fortplanta sig genom substratet till känsliga analoga kretsar.

Användningsområdena för SOI-substrat

1. Konsumentelektroniksektorn

SedanSOI-substratkan avsevärt förbättra prestandan för enheter som RF-filter och effektförstärkare och uppnå snabbare signalöverföring och lägre strömförbrukning. De används ofta i chiptillverkning för smarta bärbara enheter som smartklockor och hälsoövervakningsenheter, och RF front-end-moduler för mobiltelefoner och surfplattor.

2. Bilelektronik

Tack vare den utmärkta prestandan för att motstå komplexa elektromagnetiska förhållanden är SOI-substrat väl lämpade för tillverkning av kretsar för energihantering för fordon och applikationer i de autonoma körsystemen.

3. Flyg- och försvarssektorer

SOI-substrat erbjuder anmärkningsvärd tillförlitlighet och motståndskraft mot strålningsstörningar och kan uppfylla de stränga kraven på satellitkommunikationsutrustning och militära elektroniska system för hög precision och hög tillförlitlighet.

4. Internet of Things (IoT)

Med ökningen av IoT-datavolymen växer efterfrågan på drift med låg kostnad och hög precision. Genom att dra nytta av den låga strömförbrukningen och höga prestandafördelarna passar SOI-substrat perfekt med IoT:s krav och används i stor utsträckning vid tillverkning av sensornodchips och edge computing-chips.

5. Implanterbara medicinska anordningar inom det medicinska elektronikområdet

Enheter som pacemakers och neurostimulatorer har extremt höga krav på låg strömförbrukning och biokompatibilitet. Den låga energiförbrukningen och stabiliteten hos SOI-substrat kan säkerställa en långsiktig säker drift av implanterbara enheter samtidigt som påverkan på patientens kropp minimeras.