Пластини SOI (кремній на ізоляторі)являють собою спеціалізований напівпровідниковий матеріал, що містить надтонкий шар кремнію, сформований поверх ізолюючого оксидного шару. Ця унікальна сендвіч-структура забезпечує значне покращення продуктивності напівпровідникових пристроїв.
Структурний склад:
Рівень пристрою (верхній кремнієвий):
Товщина від кількох нанометрів до мікрометрів, що служить активним шаром для виготовлення транзисторів.
Похований оксидний шар (BOX):
Ізоляційний шар з діоксиду кремнію (товщиною 0,05-15 мкм), який електрично ізолює шар пристрою від підкладки.
Базова підкладка:
Об'ємний кремній (товщиною 100-500 мкм), що забезпечує механічну підтримку.
Відповідно до технології процесу приготування, основні технологічні маршрути виробництва кремнієвих пластин SOI можна класифікувати як: SIMOX (технологія ізоляції впорскуванням кисню), BESOI (технологія розрідження з'єднань) та Smart Cut (інтелектуальна технологія зачистки).
SIMOX (технологія ізоляції за допомогою впорскування кисню) – це метод, який передбачає впорскування високоенергетичних іонів кисню в кремнієві пластини для формування вбудованого шару діоксиду кремнію, який потім піддається високотемпературному відпалу для усунення дефектів кристалічної решітки. В серцевину вводяться прямі іонні впорскування кисню для формування прихованого шару кисню.
BESOI (технологія стоншення з'єднання) передбачає склеювання двох кремнієвих пластин, а потім стоншення однієї з них шляхом механічного шліфування та хімічного травлення для формування структури SOI. Суть полягає у склеюванні та стоншенні.
Технологія Smart Cut (інтелектуальне відшаровування) формує шар відшаровування шляхом ін'єкції іонів водню. Після склеювання проводиться термічна обробка для відшаровування кремнієвої пластини вздовж шару іонів водню, утворюючи надтонкий шар кремнію. Основою є відшаровування за допомогою ін'єкції водню.
Наразі існує ще одна технологія, відома як SIMBOND (технологія зв'язування за допомогою впорскування кисню), розроблена компанією Xinao. Фактично, це шлях, який поєднує технології ізоляції та зв'язування за допомогою впорскування кисню. У цьому технічному шляху впорскований кисень використовується як бар'єрний шар, що стоншує, а фактичний шар прихованого кисню є шаром термічного окислення. Таким чином, одночасно покращуються такі параметри, як однорідність верхнього кремнію та якість шару прихованого кисню.
Кремнієві пластини SOI, виготовлені різними технічними методами, мають різні експлуатаційні параметри та підходять для різних сценаріїв застосування.
Нижче наведено зведену таблицю основних переваг продуктивності кремнієвих пластин SOI у поєднанні з їхніми технічними характеристиками та реальними сценаріями застосування. Порівняно з традиційним кремнієм на основі масиву, SOI має значні переваги в балансі швидкості та енергоспоживання. (До речі: продуктивність 22-нм FD-SOI близька до FinFET, а вартість знижена на 30%).
| Перевага в продуктивності | Технічний принцип | Конкретний прояв | Типові сценарії застосування |
| Низька паразитна ємність | Ізоляційний шар (BOX) блокує зарядовий зв'язок між пристроєм та підкладкою | Швидкість перемикання збільшена на 15%-30%, споживання енергії зменшено на 20%-50% | 5G RF, високочастотні комунікаційні чіпи |
| Зменшений струм витоку | Ізоляційний шар пригнічує шляхи струму витоку | Струм витоку зменшено на >90%, подовжено термін служби батареї | Пристрої Інтернету речей, Носима електроніка |
| Підвищена радіаційна стійкість | Ізоляційний шар блокує накопичення заряду, індуковане випромінюванням | Радіаційна стійкість покращена в 3-5 разів, зменшено кількість одиничних порушень | Космічні апарати, обладнання для ядерної промисловості |
| Контроль ефектів короткого каналу | Тонкий шар кремнію зменшує перешкоди електричного поля між стоком та витоком | Покращена стабільність порогової напруги, оптимізований підпороговий нахил | Розширені чіпи вузлової логіки (<14 нм) |
| Покращене управління температурою | Ізоляційний шар зменшує теплопровідність | На 30% менше накопичення тепла, на 15-25°C нижча робоча температура | 3D-інтегральні схеми, Автомобільна електроніка |
| Високочастотна оптимізація | Зменшення паразитної ємності та покращення рухливості носіїв заряду | На 20% менша затримка, підтримує обробку сигналу >30 ГГц | ммХвильовий зв'язок, чіпи супутникового зв'язку |
| Підвищена гнучкість дизайну | Не потрібне легування свердловин, підтримує зворотне зміщення | На 13%-20% менше етапів процесу, на 40% вища щільність інтеграції | ІС зі змішаними сигналами, датчики |
| Імунітет до замикання | Ізоляційний шар ізолює паразитні PN-переходи | Поріг струму фіксації збільшено до >100 мА | Високовольтні силові пристрої |
Підсумовуючи, основними перевагами SOI є: швидкість роботи та більша енергоефективність.
Завдяки цим характеристикам SOI, він має широке застосування в галузях, що вимагають відмінних частотних характеристик та енергоспоживання.
Як показано нижче, виходячи з частки галузей застосування, що відповідають SOI, можна побачити, що радіочастотні та силові пристрої складають переважну більшість ринку SOI.
| Галузь застосування | Частка ринку |
| RF-SOI (радіочастота) | 45% |
| Силовий КНІ | 30% |
| FD-SOI (Повністю виснажений) | 15% |
| Оптичний КНІ | 8% |
| Датчик SOI | 2% |
Зі зростанням таких ринків, як мобільний зв'язок та автономне водіння, очікується, що кремнієві пластини SOI також збережуть певні темпи зростання.
XKH, як провідний новатор у технології кремнієвих пластин на ізоляторі (SOI), пропонує комплексні рішення для SOI, від досліджень та розробок до серійного виробництва, використовуючи провідні виробничі процеси. Наше повне портфоліо включає пластини SOI розміром 200 мм/300 мм, що охоплюють варіанти RF-SOI, Power-SOI та FD-SOI, з суворим контролем якості, що забезпечує виняткову стабільність продуктивності (однорідність товщини в межах ±1,5%). Ми пропонуємо індивідуальні рішення з товщиною шару прихованого оксиду (BOX) від 50 нм до 1,5 мкм та різними специфікаціями питомого опору для задоволення конкретних вимог. Використовуючи 15-річний технічний досвід та надійний глобальний ланцюг поставок, ми надійно постачаємо високоякісні матеріали для підкладок SOI провідним виробникам напівпровідників по всьому світу, що дозволяє впроваджувати передові інновації в чіпах для зв'язку 5G, автомобільної електроніки та застосувань штучного інтелекту.
XKH'пластини SOI:
Час публікації: 24 квітня 2025 р.