Een overzicht van SOI-substraten

SOI-substraat (Silicon-On-Insulator) is een structuur waarin een isolerende laag van siliciumoxide (SiO2) wordt geïntroduceerd tussen een bovenste siliciumlaag en eensilicium substraat, en geïntegreerde schakelingen worden op de bovenste dunne siliciumlaag vervaardigd. Deze technologie waarbij SOI-materialen worden gebruikt om geïntegreerde schakelingen te vervaardigen, wordt SOI-technologie genoemd.

De drie belangrijkste technologieën voor de productie van SOI-substraat

1. Scheiding door geïmplanteerde zuurstof (SIMOX)

2. SOI voor bonding en etsen (BESOI)

3. Slimme snijtechnologie.

De voordelen van SOI-substraat

1. Lage substraatlekstroom

De aanwezigheid van een SiO2-isolatielaag isoleert de transistor effectief van het onderliggende siliciumsubstraat. Deze isolatie vermindert ongewenste stroom van de actieve laag naar het substraat. De lekstroom neemt toe met de temperatuur, waardoor de betrouwbaarheid van de chip in omgevingen met hoge temperaturen aanzienlijk wordt verbeterd.

2. Verminderde parasitaire capaciteit

Vanwege het bestaan ​​van parasitaire capaciteit ontstaan ​​er onvermijdelijk extra vertragingen bij de signaaloverdracht. Het gebruik van SOI-materialen om deze parasitaire capaciteiten te verminderen is een gangbare praktijk bij chips met hoge snelheid of laag vermogen. Vergeleken met conventionele chips die zijn vervaardigd met behulp van CMOS-processen, kunnen SOI-chips een 15% hogere snelheid en een 20% lager energieverbruik bereiken.

3. Geluidsisolatie

Bij toepassingen met gemengd signaal kan door digitale circuits gegenereerde elektrische ruis interfereren met analoge of radiofrequentie (RF) circuits, wat zal leiden tot een afname van de algehele systeemprestaties. De SiO2-isolatielaag in de SOI-structuur isoleert de actieve siliciumlaag van het substraat, waardoor een inherente geluidsisolatie wordt geleverd. Dit betekent dat door digitale schakelingen gegenereerde ruis effectief kan worden verhinderd zich door het substraat naar gevoelige analoge schakelingen te verspreiden.

De toepassingsgebieden van SOI-substraat

1. Sector consumentenelektronica

SindsSOI-substratenkan de prestaties van apparaten zoals RF-filters en eindversterkers aanzienlijk verbeteren en een snellere signaaloverdracht en een lager energieverbruik bereiken. Ze worden veel gebruikt bij de productie van chips voor slimme draagbare apparaten zoals smartwatches en apparaten voor gezondheidsmonitoring, en RF-front-endmodules van mobiele telefoons en tablets.

2. Auto-elektronica

Dankzij de uitstekende prestaties om complexe elektromagnetische omstandigheden te weerstaan, zijn SOI-substraten zeer geschikt voor de productie van energiebeheerchips voor auto's en toepassingen in autonome aandrijfsystemen.

3. Luchtvaart- en defensiesectoren

SOI-substraten bieden opmerkelijke betrouwbaarheid en weerstand tegen stralingsinterferentie, en kunnen voldoen aan de strenge eisen van satellietcommunicatieapparatuur en militaire elektronische systemen voor hoge precisie en hoge betrouwbaarheid.

4. Internet der dingen (IoT)

Met de toename van het IoT-datavolume groeit de vraag naar goedkope en uiterst nauwkeurige bediening. SOI-substraten profiteren van het lage stroomverbruik en de hoge prestatievoordelen en sluiten perfect aan bij de eisen van het IoT en worden op grote schaal toegepast bij de productie van sensorknooppuntchips en edge computing-chips.

5. Implanteerbare medische hulpmiddelen op het gebied van medische elektronica

Apparaten zoals pacemakers en neurostimulators stellen extreem hoge eisen aan een laag stroomverbruik en biocompatibiliteit. Het lage stroomverbruik en de stabiliteit van SOI-substraten kunnen de veilige werking van implanteerbare apparaten op de lange termijn garanderen, terwijl de impact op het lichaam van de patiënt wordt geminimaliseerd.