Пластины SOI (кремний на изоляторе)Представляют собой специализированный полупроводниковый материал, состоящий из сверхтонкого слоя кремния, сформированного поверх изолирующего оксидного слоя. Эта уникальная сэндвич-структура обеспечивает значительное повышение производительности полупроводниковых устройств.
Структурный состав:
Слой устройства (верхний кремний):
Толщина составляет от нескольких нанометров до микрометров, используется в качестве активного слоя 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 инжекции кислорода), BESOI (технология утончения соединения) и Smart Cut (технология интеллектуальной зачистки).
SIMOX (технология изоляции с помощью инжекции кислорода) — это технология, которая включает инжекцию высокоэнергетических ионов кислорода в кремниевые пластины для формирования слоя диоксида кремния, который затем подвергается высокотемпературному отжигу для устранения дефектов кристаллической решетки. Суть технологии заключается в прямой инжекции ионов кислорода для формирования скрытого слоя кислорода.
Технология BESOI (технология склеивания и утончения) включает в себя склеивание двух кремниевых пластин с последующим утонением одной из них посредством механической шлифовки и химического травления для формирования структуры SOI. Суть технологии заключается в склеивании и утонении.
Технология Smart Cut (Intelligent Exfoliation) формирует отшелушивающий слой посредством инжекции ионов водорода. После склеивания проводится термообработка для отшелушивания кремниевой пластины вдоль слоя ионов водорода, образуя ультратонкий кремниевый слой. В основе лежит метод инжекции водорода.
В настоящее время существует другая технология, известная как SIMBOND (технология кислородной инжекции), разработанная компанией Xinao. По сути, это метод, сочетающий в себе технологии изоляции и кислородной инжекции. В этом техническом методе инжектируемый кислород используется в качестве истончающего барьерного слоя, а сам слой скрытого кислорода представляет собой слой термического окисления. Таким образом, одновременно улучшаются такие параметры, как однородность верхнего кремниевого слоя и качество скрытого кислородного слоя.
Кремниевые пластины SOI, изготовленные различными технологическими способами, имеют разные эксплуатационные параметры и подходят для разных вариантов применения.
Ниже представлена сводная таблица основных преимуществ кремниевых пластин SOI в плане производительности, а также их технических характеристик и реальных сценариев применения. По сравнению с традиционным объёмным кремнием, SOI обладает значительными преимуществами в плане соотношения 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 увеличилась на 15–30%, энергопотребление снизилось на 20–50%. | 5G RF, высокочастотные коммуникационные чипы |
| Уменьшенный ток утечки | Изолирующий слой подавляет пути утечки тока | Ток утечки снижен более чем на 90%, увеличен срок службы батареи | Устройства Интернета вещей, Носимая электроника |
| Повышенная радиационная стойкость | Изолирующий слой блокирует накопление заряда, вызванного радиацией | Устойчивость к радиации улучшилась в 3–5 раз, сократились единичные нарушения | Космические аппараты, оборудование для атомной промышленности |
| Управление эффектом 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 | Изолирующий слой уменьшает теплопроводность | На 30% меньше накопления тепла, на 15–25 °C ниже рабочая температура | 3D-ИС, автомобильная электроника |
| Высокочастотная оптимизация | Уменьшение паразитной емкости и повышение подвижности носителей заряда | Задержка на 20% ниже, поддерживается обработка сигналов >30 ГГц | связь в диапазоне миллиметровых волн, спутниковые чипы связи |
| Повышенная гибкость дизайна | Не требуется легирование скважин, поддерживается обратное смещение | На 13–20 % меньше этапов процесса, на 40 % выше плотность интеграции | Микросхемы со смешанными сигналами, датчики |
| Иммунитет к защелкиванию | Изолирующий слой изолирует паразитные PN-переходы | Порог тока защелкивания увеличен до >100 мА | Высоковольтные силовые устройства |
Подводя итог, основными преимуществами SOI являются: высокая скорость работы и более высокая энергоэффективность.
Благодаря этим эксплуатационным характеристикам КНИ находит широкое применение в областях, требующих превосходных частотных характеристик и характеристик энергопотребления.
Как показано ниже, исходя из доли областей применения, соответствующих SOI, можно увидеть, что ВЧ-устройства и силовые устройства занимают подавляющую часть рынка SOI.
| Область применения | Доля рынка |
| RF-SOI (радиочастота) | 45% |
| Мощность SOI | 30% |
| FD-SOI (полностью истощен) | 15% |
| Оптический SOI | 8% |
| Датчик SOI | 2% |
По мере роста таких рынков, как мобильная связь и автономное вождение, ожидается, что кремниевые пластины SOI также сохранят определенные темпы роста.
Компания XKH, являясь ведущим новатором в области технологии пластин «кремний на изоляторе» (SOI), предлагает комплексные решения SOI, от НИОКР до серийного производства, используя передовые производственные процессы. Наш полный портфель продукции включает в себя пластины SOI диаметром 200/300 мм в вариантах RF-SOI, Power-SOI и FD-SOI, прошедшие строгий контроль качества, обеспечивающий исключительную стабильность характеристик (однородность толщины в пределах ±1,5%). Мы предлагаем индивидуальные решения с толщиной скрытого оксидного слоя (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 для подложек SOI ведущим производителям полупроводников по всему миру, обеспечивая передовые инновации в области микросхем для связи 5G, автомобильной электроники и приложений искусственного интеллекта.
XKH's SOI пластины:
Время публикации: 24 апреля 2025 г.