Пластины SOI (кремний на изоляторе)представляют собой специализированный полупроводниковый материал, в котором сверхтонкий слой кремния сформирован поверх изолирующего оксидного слоя. Эта уникальная сэндвич-структура обеспечивает значительное повышение производительности полупроводниковых устройств.
Структурный состав:
Слой устройства (верхний кремний):
Толщина от нескольких нанометров до микрометров, служит активным слоем для изготовления транзисторов.
Слой скрытого оксида (BOX):
Изолирующий слой диоксида кремния (толщиной 0,05–15 мкм), который электрически изолирует слой устройства от подложки.
Базовый субстрат:
Объемный кремний (толщиной 100–500 мкм), обеспечивающий механическую поддержку.
В зависимости от технологии процесса подготовки основные технологические маршруты обработки кремниевых пластин SOI можно классифицировать следующим образом: SIMOX (технология изоляции путем впрыскивания кислорода), BESOI (технология утончения соединения) и Smart Cut (технология интеллектуальной зачистки).
SIMOX (технология изоляции инжекции кислорода) — это метод, который включает в себя инжекцию высокоэнергетических ионов кислорода в кремниевые пластины для формирования встроенного слоя диоксида кремния, который затем подвергается высокотемпературному отжигу для устранения дефектов решетки. Ядром является прямая инжекция ионов кислорода для формирования скрытого слоя кислорода.
Технология BESOI (технология склеивания и утончения) заключается в склеивании двух кремниевых пластин и последующем утончении одной из них посредством механического шлифования и химического травления для формирования структуры SOI. Суть заключается в склеивании и утончении.
Технология Smart Cut (Intelligent Exfoliation) формирует отшелушивающий слой посредством инъекции ионов водорода. После склеивания проводится термическая обработка для отшелушивания кремниевой пластины вдоль слоя ионов водорода, образуя сверхтонкий слой кремния. Ядро — отслаивание путем инъекции водорода.
В настоящее время существует еще одна технология, известная как SIMBOND (технология кислородной инъекции), разработанная компанией Xinao. Фактически, это маршрут, который объединяет изоляцию и технологии кислородной инъекции. В этом техническом маршруте инжектируемый кислород используется в качестве истончающегося барьерного слоя, а фактический слой скрытого кислорода является слоем термического окисления. Таким образом, он одновременно улучшает такие параметры, как однородность верхнего кремния и качество слоя скрытого кислорода.
Кремниевые пластины SOI, изготовленные разными технологическими способами, имеют разные эксплуатационные параметры и подходят для разных вариантов применения.
Ниже приведена сводная таблица основных преимуществ производительности кремниевых пластин SOI в сочетании с их техническими характеристиками и реальными сценариями применения. По сравнению с традиционным объемным кремнием, SOI имеет значительные преимущества в балансе скорости и энергопотребления. (P.S. Производительность FD-SOI 22 нм близка к производительности FinFET, а стоимость снижена на 30%).
| Преимущество в производительности | Технический принцип | Конкретное проявление | Типичные сценарии применения |
| Низкая паразитная емкость | Изолирующий слой (BOX) блокирует зарядовую связь между устройством и подложкой | Скорость переключения увеличена на 15%-30%, энергопотребление снижено на 20%-50% | 5G RF, высокочастотные коммуникационные чипы |
| Уменьшенный ток утечки | Изоляционный слой подавляет пути утечки тока | Ток утечки снижен более чем на 90%, увеличен срок службы батареи | Устройства Интернета вещей, Носимая электроника |
| Повышенная радиационная стойкость | Изоляционный слой блокирует накопление заряда, вызванного радиацией | Устойчивость к радиации улучшилась в 3-5 раз, сократились единичные сбои | Космические аппараты, Оборудование для атомной промышленности |
| Управление эффектами короткого канала | Тонкий слой кремния уменьшает помехи электрического поля между стоком и истоком | Улучшенная стабильность порогового напряжения, оптимизированный подпороговый наклон | Усовершенствованные логические микросхемы узлов (<14 нм) |
| Улучшенное терморегулирование | Изоляционный слой уменьшает теплопроводность | На 30% меньше аккумулирования тепла, на 15–25 °C ниже рабочая температура | 3D ИС, Автомобильная электроника |
| Высокочастотная оптимизация | Уменьшение паразитной емкости и повышение подвижности носителей заряда | Задержка ниже на 20%, поддерживает обработку сигнала >30 ГГц | связь mmWave, чипы спутниковой связи |
| Повышенная гибкость дизайна | Не требуется легирование скважин, поддерживается обратное смещение | На 13%-20% меньше этапов процесса, на 40% выше плотность интеграции | Микросхемы смешанного сигнала, датчики |
| Иммунитет к защелкиванию | Изолирующий слой изолирует паразитные PN-переходы | Порог тока защелкивания увеличен до >100 мА | Высоковольтные силовые устройства |
Подводя итог, можно сказать, что основными преимуществами SOI являются: высокая скорость работы и более высокая энергоэффективность.
Благодаря этим эксплуатационным характеристикам КНИ находит широкое применение в областях, где требуются отличные частотные характеристики и характеристики энергопотребления.
Как показано ниже, исходя из доли областей применения, соответствующих SOI, можно увидеть, что на долю ВЧ-устройств и силовых устройств приходится подавляющая часть рынка SOI.
| Область применения | Доля рынка |
| RF-SOI (радиочастота) | 45% |
| Мощность SOI | 30% |
| FD-SOI (полностью истощен) | 15% |
| Оптический КНИ | 8% |
| Датчик SOI | 2% |
Ожидается, что с ростом таких рынков, как мобильная связь и автономное вождение, кремниевые пластины SOI также сохранят определенные темпы роста.
XKH, как ведущий новатор в технологии пластин «кремний на изоляторе» (SOI), поставляет комплексные решения SOI от НИОКР до массового производства с использованием ведущих в отрасли производственных процессов. Наш полный портфель включает пластины SOI размером 200 мм/300 мм, охватывающие варианты RF-SOI, Power-SOI и FD-SOI, со строгим контролем качества, обеспечивающим исключительную постоянство производительности (однородность толщины в пределах ±1,5%). Мы предлагаем индивидуальные решения с толщиной слоя скрытого оксида (BOX) от 50 нм до 1,5 мкм и различными характеристиками удельного сопротивления для удовлетворения конкретных требований. Используя 15-летний технический опыт и надежную глобальную цепочку поставок, мы надежно поставляем высококачественные материалы подложки SOI ведущим производителям полупроводников по всему миру, обеспечивая передовые инновации в области микросхем в области связи 5G, автомобильной электроники и приложений искусственного интеллекта.
XКХ's SOI пластины:
Время публикации: 24-04-2025