În procesul de fabricare a cipurilor, termenul „SOI” este adesea auzit. Și producția de cipuri utilizează de obicei substraturi SOI pentru a fabrica circuite integrate. Structura unică a substraturilor SOI poate îmbunătăți considerabil performanța cipurilor, deci ce este exact SOI? Care sunt avantajele sale? În ce domenii este folosit? Cum este fabricat?
Ce este un substrat SOI?
SOI este abrevierea lui Silicon-On-Insulator. Înseamnă literalmente siliciu pe un strat izolator. Structura reală este că există un strat izolator ultra-subțire, cum ar fi SiO2, pe placă de siliciu. Există un alt strat subțire de siliciu pe stratul izolator. Această structură separă stratul de siliciu activ de stratul de siliciu al substratului. În procesul tradițional de siliciu, cipul este format direct pe substratul de siliciu fără a utiliza un strat izolator.
Care sunt avantajele substratului SOI?
Curent de scurgere scăzut al substratului
Datorită prezenței unui strat izolator de oxid de siliciu (SiO2), acesta izolează eficient tranzistorul de substratul de siliciu subiacent. Această izolație reduce fluxul de curent nedorit de la stratul activ la substrat. Curentul de scurgere crește odată cu temperatura, astfel încât fiabilitatea cipului poate fi îmbunătățită semnificativ în medii cu temperatură ridicată.
Reducerea capacității parazitare
În structura SOI, capacitatea parazită este redusă semnificativ. Capacitatele parazite limitează adesea viteza și cresc consumul de energie, astfel încât adaugă întârziere suplimentară în timpul transmisiei semnalului și consumă energie suplimentară. Prin reducerea acestor capacități parazitare, aplicațiile sunt comune în cipurile de mare viteză sau de putere redusă. În comparație cu cipurile obișnuite realizate în procesul CMOS, viteza cipurilor SOI poate fi crescută cu 15%, iar consumul de energie poate fi redus cu 20%.
Izolarea zgomotului
În aplicațiile cu semnal mixt, zgomotul generat de circuitele digitale poate interfera cu circuitele analogice sau RF, degradând astfel performanța sistemului. Deoarece structura SOI separă stratul de siliciu activ de substrat, realizează un fel de izolare inerentă a zgomotului. Aceasta înseamnă că este mai dificil ca zgomotul generat de circuitele digitale să se propagă prin substrat către circuitele analogice sensibile.
Cum se fabrică substrat SOI?
Există, în general, trei metode: SIMOX, BESOI, metoda de creștere a cristalelor etc. Din cauza spațiului limitat, aici introducem tehnologia SIMOX mai comună.
SIMOX, denumirea completă de Separare prin IMplantare de Oxigen, este de a folosi implantarea ionilor de oxigen și recoacere ulterioară la temperatură înaltă pentru a forma un strat gros de dioxid de siliciu (SiO2) în cristalul de siliciu, care servește ca strat izolator al structurii SOI.
Ionii de oxigen de înaltă energie sunt implantați la o anumită adâncime în substratul de siliciu. Prin controlul energiei și dozării ionilor de oxigen, pot fi determinate adâncimea și grosimea viitorului strat de dioxid de siliciu. Placa de siliciu implantată cu ioni de oxigen suferă un proces de recoacere la temperatură ridicată, de obicei între 1100 și 1300 de grade. La această temperatură ridicată, ionii de oxigen implantați reacționează cu siliciul pentru a forma un strat continuu de dioxid de siliciu. Acest strat izolator este îngropat sub substratul de siliciu, formând o structură SOI. Stratul de siliciu de suprafață devine stratul funcțional pentru fabricarea cipului, în timp ce stratul de dioxid de siliciu de mai jos acționează ca un strat izolator, izolând stratul funcțional de substratul de siliciu.
În ce cipuri sunt utilizate substraturile SOI?
Ele pot fi utilizate în dispozitive CMOS, dispozitive RF și dispozitive fotonice cu siliciu.
Care sunt grosimile comune ale fiecărui strat de substrat SOI?
Grosimea stratului de substrat de silicon: 100μm / 300μm / 400μm / 500μm / 625μm ~ și mai sus
Grosimea SiO2: 100 nm până la 10μm
Strat de siliciu activ: mai mare sau egal cu 20 nm
