Yleiskatsaus SOI-substraateista

SOI (Silicon-On-Insulator) -substraatti on rakenne, jossa piioksidia (SiO2) eristävä kerros on sijoitettu ylimmän piikerroksen jasilikonisubstraatti, ja integroidut piirit valmistetaan ylemmälle pii ohutkerrokselle. Tätä teknologiaa, jossa käytetään SOI-materiaaleja integroitujen piirien valmistukseen, kutsutaan SOI-tekniikaksi.

Kolme pääteknologiaa SOI-substraatin valmistukseen

1. Erotus implantoidulla hapella (SIMOX)

2. Kiinnitys ja etsaus SOI (BESOI)

3. Smart-cut-tekniikka.

SOI-substraatin edut

1. Alhainen alustan vuotovirta

SiO2-eristyskerroksen läsnäolo eristää tehokkaasti transistorin alla olevasta piisubstraatista. Tämä eristys vähentää ei-toivottua virtaa aktiivisesta kerroksesta substraattiin. Vuotovirta kasvaa lämpötilan myötä, mikä parantaa merkittävästi sirun luotettavuutta korkeissa lämpötiloissa.

2. Alennettu loiskapasitanssi

Parasiittisen kapasitanssin olemassaolon vuoksi signaalin siirtoon syntyy väistämättä ylimääräisiä viiveitä. SOI-materiaalien käyttö näiden loiskapasitanssien vähentämiseksi on yleinen käytäntö nopeissa tai pienitehoisissa siruissa. Perinteisiin CMOS-prosesseilla valmistettuihin siruihin verrattuna SOI-sirut voivat saavuttaa 15 % suuremman nopeuden ja 20 % pienemmän virrankulutuksen.

3. Melun eristys

Sekasignaalisovelluksissa digitaalisten piirien tuottama sähköinen kohina voi häiritä analogisia tai radiotaajuisia (RF) piirejä, mikä johtaa järjestelmän yleisen suorituskyvyn heikkenemiseen. SOI-rakenteessa oleva SiO2-eristyskerros eristää aktiivisen piikerroksen substraatista, jolloin saadaan aikaan luontainen melueristys. Tämä tarkoittaa, että digitaalisten piirien tuottamaa kohinaa voidaan tehokkaasti estää etenemästä substraatin läpi herkkiin analogisiin piireihin.

SOI-substraatin käyttöalueet

1. Kulutuselektroniikka-ala

KoskaSOI-substraatitvoi merkittävästi parantaa RF-suodattimien ja tehovahvistimien kaltaisten laitteiden suorituskykyä ja saavuttaa nopeamman signaalinsiirron ja pienemmän virrankulutuksen. Niitä käytetään laajasti sirujen valmistuksessa älykkäille puettaville laitteille, kuten älykelloille ja terveydentilan valvontalaitteille, sekä matkapuhelimien ja tablettien RF-etupäämoduuleille.

2. Autoelektroniikka

Erinomaisten monimutkaisten sähkömagneettisten olosuhteiden kestävyyden ansiosta SOI-substraatit soveltuvat hyvin autojen tehonhallintasirujen valmistukseen ja sovelluksiin autonomisissa ajojärjestelmissä.

3. Ilmailu- ja puolustusalat

SOI-substraatit tarjoavat huomattavaa luotettavuutta ja kestävyyttä säteilyhäiriöille, ja ne pystyvät täyttämään satelliittiviestintälaitteiden ja sotilaallisten elektronisten järjestelmien tiukat vaatimukset korkean tarkkuuden ja luotettavuuden takaamiseksi.

4. Esineiden internet (IoT)

IoT-datavolyymin kasvun myötä edullisen ja erittäin tarkan toiminnan kysyntä kasvaa. Pienestä virrankulutuksesta ja korkeasta suorituskyvystä hyötyvät SOI-substraatit sopivat täydellisesti IoT:n vaatimuksiin, ja niitä käytetään laajasti anturisolmupiirien ja reunalaskentasirujen valmistuksessa.

5. Istutettavat lääkinnälliset laitteet lääketieteellisen elektroniikan alalla

Laitteilla, kuten sydämentahdistimilla ja neurostimulaattoreilla, on erittäin korkeat vaatimukset alhaiselle virrankulutukselle ja bioyhteensopivuudelle. SOI-substraattien alhainen virrankulutus ja stabiilisuus voivat varmistaa implantoitavien laitteiden pitkäaikaisen turvallisen toiminnan minimoiden samalla potilaan kehoon kohdistuvan vaikutuksen.