Общ преглед на SOI субстратите

SOI (Silicon-On-Insulator) субстрат е структура, в която изолационен слой от силициев оксид (SiO2) е въведен между горния силициев слой исиликонова подложка, а интегралните схеми са произведени върху горния тънък слой силиций. Тази технология за използване на SOI материали за производство на интегрални схеми се нарича SOI технология.

Трите основни технологии за производство на SOI субстрат

1. Разделяне чрез имплантиран кислород (SIMOX)

2. Бонд и ецване SOI (BESOI)

3. Технология Smart-cut.

Предимствата на SOI субстрата

1. Нисък ток на утечка на субстрата

Наличието на изолационен слой SiO2 ефективно изолира транзистора от долния силиконов субстрат. Тази изолация намалява нежелания ток от активния слой към субстрата. Токът на утечка се увеличава с температурата, като по този начин значително подобрява надеждността на чипа в среда с висока температура.

2. Намален паразитен капацитет

Поради наличието на паразитен капацитет, допълнителните забавяния неизбежно възникват при предаването на сигнала. Използването на SOI материали за намаляване на тези паразитни капацитети е обичайна практика при високоскоростни или нискомощни чипове. В сравнение с конвенционалните чипове, произведени чрез CMOS процеси, SOI чиповете могат да постигнат 15% по-висока скорост и 20% по-ниска консумация на енергия.

3. Шумоизолация

В приложения със смесени сигнали електрическият шум, генериран от цифрови схеми, може да повлияе на аналогови или радиочестотни (RF) вериги, което ще доведе до намаляване на цялостната производителност на системата. Изолационният слой SiO2 в SOI структурата изолира активния силициев слой от субстрата, като по този начин осигурява присъща шумоизолация. Това означава, че шумът, генериран от цифровите схеми, може да бъде ефективно предотвратен от разпространение през субстрата към чувствителните аналогови схеми.

Области на приложение на SOI субстрат

1. Сектор битова електроника

Тъй катоSOI субстратиможе значително да подобри производителността на устройства като RF филтри и усилватели на мощност и да постигне по-бързо предаване на сигнала и по-ниска консумация на енергия. Те се използват широко в производството на чипове за интелигентни носими устройства като смарт часовници и устройства за наблюдение на здравето и RF предни модули на мобилни телефони и таблети.

2. Автомобилна електроника

Благодарение на отличната производителност, за да издържат на сложни електромагнитни условия, SOI субстратите са много подходящи за производството на автомобилни чипове за управление на захранването и приложения в системите за автономно шофиране.

3. Аерокосмически и отбранителен сектор

SOI субстратите предлагат забележителна надеждност и устойчивост на радиационни смущения и са в състояние да отговорят на строгите изисквания на сателитното комуникационно оборудване и военните електронни системи за висока прецизност и висока надеждност.

4. Интернет на нещата (IoT)

С увеличаването на обема на IoT данни нараства търсенето на евтини и високопрецизни операции. Възползвайки се от ниската консумация на енергия и предимствата с висока производителност, SOI субстратите се привеждат перфектно в съответствие с изискванията на IoT и се използват широко в производството на чипове за сензорни възли и чипове за крайни изчисления.

5. Имплантируеми медицински устройства в областта на медицинската електроника

Устройства като пейсмейкъри и невростимулатори имат изключително високи изисквания за ниска консумация на енергия и биосъвместимост. Ниската консумация на енергия и стабилността на SOI субстратите могат да осигурят дългосрочна безопасна работа на имплантируемите устройства, като същевременно минимизират въздействието върху тялото на пациента.