SOI substraatide ülevaade

SOI (Silicon-On-Isolator) substraat on struktuur, milles ränioksiidi (SiO2) isolatsioonikiht kantakse ülemise ränikihi jaränisubstraat, ja integraallülitused valmistatakse pealmisele õhukesele ränikihile. Seda SOI materjalide kasutamise tehnoloogiat integraallülituste tootmiseks nimetatakse SOI tehnoloogiaks.

SOI substraadi valmistamise kolm peamist tehnoloogiat

1. Eraldamine siirdatud hapnikuga (SIMOX)

2. Liimimine ja tagasisöövitus SOI (BESOI)

3. Smart-cut tehnoloogia.

SOI substraadi eelised

1. Madal substraadi lekkevool

SiO2 isolatsioonikihi olemasolu isoleerib transistori tõhusalt selle all olevast ränisubstraadist. See isolatsioon vähendab soovimatut voolu aktiivsest kihist substraadile. Lekkevool suureneb koos temperatuuriga, parandades seega oluliselt kiibi töökindlust kõrge temperatuuriga keskkondades.

2. Vähendatud parasiitmahtuvus

Parasiitmahtuvuse olemasolu tõttu tekivad signaali edastamisel paratamatult täiendavad viivitused. SOI materjalide kasutamine nende parasiitmahtuvuse vähendamiseks on kiirete või väikese võimsusega kiipide puhul tavaline praktika. Võrreldes tavaliste CMOS-protsesse kasutades toodetud kiipidega suudavad SOI kiibid saavutada 15% suurema kiiruse ja 20% väiksema energiatarbimise.

3. Müra isolatsioon

Segasignaaliga rakendustes võib digitaalsete vooluahelate tekitatud elektrimüra häirida analoog- või raadiosageduslikke (RF) ahelaid, mis põhjustab süsteemi üldise jõudluse vähenemist. SOI struktuuris olev SiO2 isoleeriv kiht isoleerib aktiivse ränikihi substraadist, tagades sellega loomupärase müra isolatsiooni. See tähendab, et digitaalse vooluahela tekitatud müra saab tõhusalt ära hoida, et see leviks läbi substraadi tundlikule analoogskeemile.

SOI substraadi kasutusalad

1. Tarbeelektroonika sektor

AlatesSOI substraadidvõib oluliselt parandada selliste seadmete nagu RF-filtrid ja võimsusvõimendid jõudlust ning saavutada kiirema signaaliedastuse ja väiksema energiatarbimise. Neid kasutatakse laialdaselt nutikate kantavate seadmete (nt nutikellad ja terviseseireseadmed) ning mobiiltelefonide ja tahvelarvutite raadiosageduslike esimoodulite kiipide tootmisel.

2. Autode elektroonika

Tänu suurepärasele jõudlusele, mis talub keerulisi elektromagnetilisi tingimusi, sobivad SOI-substraadid hästi autode toitehalduskiipide ja autonoomsete juhtimissüsteemide rakenduste valmistamiseks.

3. Lennundus- ja kaitsesektorid

SOI-substraadid pakuvad märkimisväärset töökindlust ja vastupidavust kiirgushäiretele ning on võimelised täitma satelliitsideseadmete ja sõjaliste elektroonikasüsteemide kõrge täpsuse ja töökindluse rangeid nõudeid.

4. Asjade Internet (IoT)

IoT andmemahu suurenemisega kasvab nõudlus odava ja ülitäpse toimimise järele. SOI substraadid, mis saavad kasu väikesest energiatarbimisest ja suure jõudluse eelistest, ühtivad ideaalselt asjade Interneti nõuetega ning neid kasutatakse laialdaselt andurisõlme kiipide ja servade arvutuskiipide tootmisel.

5. Implanteeritavad meditsiiniseadmed meditsiinielektroonika valdkonnas

Sellistel seadmetel nagu südamestimulaatorid ja neurostimulaatorid on madala energiatarbimise ja bioühilduvuse osas äärmiselt kõrged nõuded. SOI substraatide madal energiatarve ja stabiilsus võivad tagada siirdatavate seadmete pikaajalise ohutu töö, minimeerides samal ajal mõju patsiendi kehale.