Pregled substratov SOI

Substrat SOI (Silicon-On-Insulator) je struktura, v kateri je izolacijska plast iz silicijevega oksida (SiO2) uvedena med vrhnjo plast silicija insilikonski substrat, integrirana vezja pa so izdelana na zgornji tanki plasti silicija. Ta tehnologija uporabe materialov SOI za izdelavo integriranih vezij se imenuje tehnologija SOI.

Tri glavne tehnologije za izdelavo substrata SOI

1. Ločevanje z implantiranim kisikom (SIMOX)

2. Vezava in jedkanje nazaj SOI (BESOI)

3. Tehnologija Smart-Cut.

Prednosti substrata SOI

1. Nizek tok uhajanja substrata

Prisotnost izolacijske plasti SiO2 učinkovito izolira tranzistor od spodnjega silicijevega substrata. Ta izolacija zmanjša neželeni tok od aktivne plasti do podlage. Uhajajoči tok narašča s temperaturo, kar znatno izboljša zanesljivost čipa v okoljih z visoko temperaturo.

2. Zmanjšana parazitska kapacitivnost

Zaradi obstoja parazitske kapacitivnosti pri prenosu signala neizogibno nastanejo dodatne zamude. Uporaba materialov SOI za zmanjšanje teh parazitskih kapacitivnosti je običajna praksa pri čipih z visoko hitrostjo ali nizko porabo energije. V primerjavi z običajnimi čipi, izdelanimi po postopkih CMOS, lahko čipi SOI dosežejo 15 % večjo hitrost in 20 % manjšo porabo energije.

3. Izolacija hrupa

V aplikacijah z mešanimi signali lahko električni šum, ki ga ustvarja digitalno vezje, moti analogna ali radiofrekvenčna (RF) vezja, kar bo povzročilo zmanjšanje celotne zmogljivosti sistema. Izolacijska plast SiO2 v strukturi SOI izolira aktivno plast silicija od substrata in tako zagotavlja inherentno izolacijo hrupa. To pomeni, da je mogoče učinkovito preprečiti širjenje hrupa, ki ga ustvarja digitalno vezje, skozi substrat do občutljivega analognega vezja.

Področja uporabe substrata SOI

1. Sektor zabavne elektronike

KerSOI substratilahko bistveno izboljša delovanje naprav, kot so RF filtri in ojačevalniki moči, ter doseže hitrejši prenos signala in manjšo porabo energije. Široko se uporabljajo pri proizvodnji čipov za pametne nosljive naprave, kot so pametne ure in naprave za spremljanje zdravja, ter RF sprednji moduli mobilnih telefonov in tablic.

2. Avtomobilska elektronika

Zahvaljujoč odlični zmogljivosti, ki vzdrži zapletene elektromagnetne pogoje, so substrati SOI zelo primerni za izdelavo avtomobilskih čipov za upravljanje porabe energije in aplikacij v sistemih za avtonomno vožnjo.

3. Vesoljski in obrambni sektor

Substrati SOI nudijo izjemno zanesljivost in odpornost na motnje sevanja ter lahko izpolnjujejo stroge zahteve satelitske komunikacijske opreme in vojaških elektronskih sistemov za visoko natančnost in visoko zanesljivost.

4. Internet stvari (IoT)

Z nenadnim porastom količine podatkov IoT raste povpraševanje po poceni in visokonatančnem delovanju. Substrati SOI, ki izkoriščajo nizko porabo energije in visoke zmogljivosti, se popolnoma ujemajo z zahtevami IoT in se v veliki meri uporabljajo pri proizvodnji čipov senzorskih vozlišč in čipov za robno računalništvo.

5. Medicinski pripomočki za vsaditev na področju medicinske elektronike

Naprave, kot so srčni spodbujevalniki in nevrostimulatorji, imajo izjemno visoke zahteve glede nizke porabe energije in biokompatibilnosti. Nizka poraba energije in stabilnost substratov SOI lahko zagotovita dolgoročno varno delovanje naprav za vsaditev, hkrati pa zmanjšata vpliv na pacientovo telo.