Prehľad substrátov SOI

SOI (Silicon-On-Insulator) substrát je štruktúra, v ktorej je izolačná vrstva z oxidu kremičitého (SiO2) vložená medzi vrchnú vrstvu kremíka akremíkový substráta integrované obvody sú vyrobené na vrchnej tenkej kremíkovej vrstve. Táto technológia využitia materiálov SOI na výrobu integrovaných obvodov sa nazýva technológia SOI.

Tri hlavné technológie výroby substrátu SOI

1. Separácia implantovaným kyslíkom (SIMOX)

2. Spojte a naleptajte SOI (BESOI)

3. Technológia Smart-cut.

Výhody substrátu SOI

1. Nízky únikový prúd substrátu

Prítomnosť izolačnej vrstvy Si02 účinne izoluje tranzistor od podkladového kremíkového substrátu. Táto izolácia znižuje nežiaduci prúd z aktívnej vrstvy do substrátu. Zvodový prúd sa zvyšuje s teplotou, čím sa výrazne zlepšuje spoľahlivosť čipu v prostredí s vysokou teplotou.

2. Znížená parazitná kapacita

V dôsledku existencie parazitnej kapacity vznikajú pri prenose signálu nevyhnutne ďalšie oneskorenia. Používanie materiálov SOI na zníženie týchto parazitných kapacít je bežnou praxou vo vysokorýchlostných alebo nízkoenergetických čipoch. V porovnaní s bežnými čipmi vyrábanými pomocou procesov CMOS môžu čipy SOI dosiahnuť o 15 % vyššiu rýchlosť a o 20 % nižšiu spotrebu energie.

3. Izolácia hluku

V aplikáciách so zmiešaným signálom môže elektrický šum generovaný digitálnymi obvodmi rušiť analógové alebo rádiofrekvenčné (RF) obvody, čo povedie k zníženiu celkového výkonu systému. Izolačná vrstva SiO2 v štruktúre SOI izoluje aktívnu kremíkovú vrstvu od substrátu, čím poskytuje vlastnú izoláciu hluku. To znamená, že šumu generovanému digitálnymi obvodmi možno účinne zabrániť šíreniu cez substrát do citlivých analógových obvodov.

Oblasti použitia substrátu SOI

1. Sektor spotrebnej elektroniky

Od rsubstráty SOImôže výrazne zlepšiť výkon zariadení ako RF filtre a výkonové zosilňovače a dosiahnuť rýchlejší prenos signálu a nižšiu spotrebu energie. Široko sa používajú pri výrobe čipov pre inteligentné nositeľné zariadenia, ako sú inteligentné hodinky a zariadenia na monitorovanie zdravia a RF front-end moduly mobilných telefónov a tabletov.

2. Automobilová elektronika

Vďaka vynikajúcemu výkonu, ktorý odoláva zložitým elektromagnetickým podmienkam, sú substráty SOI vhodné na výrobu čipov na riadenie spotreby energie v automobiloch a aplikácií v systémoch autonómneho riadenia.

3. Letectvo a obranný sektor

Substráty SOI ponúkajú pozoruhodnú spoľahlivosť a odolnosť voči radiačnej interferencii a sú schopné splniť prísne požiadavky satelitných komunikačných zariadení a vojenských elektronických systémov na vysokú presnosť a vysokú spoľahlivosť.

4. Internet vecí (IoT)

S prudkým nárastom objemu dát internetu vecí rastie dopyt po lacnej a vysoko presnej prevádzke. Vďaka výhodám nízkej spotreby energie a vysokého výkonu sa substráty SOI dokonale zhodujú s požiadavkami internetu vecí a vo veľkej miere sa používajú pri výrobe čipov senzorových uzlov a čipov na výpočet okrajov.

5. Implantovateľné zdravotnícke pomôcky v oblasti lekárskej elektroniky

Zariadenia ako kardiostimulátory a neurostimulátory majú extrémne vysoké požiadavky na nízku spotrebu energie a biokompatibilitu. Nízka spotreba energie a stabilita SOI substrátov dokáže zabezpečiť dlhodobú bezpečnú prevádzku implantovateľných zariadení pri minimalizácii dopadov na organizmus pacienta.