SOI (kremík na izolátore) doštičkypredstavujú špecializovaný polovodičový materiál s ultratenkou kremíkovou vrstvou vytvorenou na izolačnej oxidovej vrstve. Táto jedinečná sendvičová štruktúra prináša významné zlepšenie výkonu polovodičových zariadení.
Štrukturálne zloženie:
Vrstva zariadenia (vrchný kremík):
Hrúbka od niekoľkých nanometrov do mikrometrov, slúžiaca ako aktívna vrstva pre výrobu tranzistorov.
Vrstva pochovaného oxidu (BOX):
Izolačná vrstva z oxidu kremičitého (hrúbka 0,05 – 15 μm), ktorá elektricky izoluje vrstvu zariadenia od substrátu.
Základný substrát:
Hrubý kremík (hrúbka 100 – 500 μm) poskytujúci mechanickú oporu.
Podľa technológie prípravy možno hlavné procesné postupy kremíkových doštičiek SOI klasifikovať ako: SIMOX (technológia izolácie vstrekovaním kyslíka), BESOI (technológia stenčovania spojov) a Smart Cut (inteligentná technológia odstraňovania odlievania).
SIMOX (technológia izolácie vstrekovaním kyslíka) je technika, ktorá zahŕňa vstrekovanie vysokoenergetických kyslíkových iónov do kremíkových doštičiek za vzniku vrstvy zabudovanej v oxide kremičitom, ktorá sa potom podrobí žíhaniu pri vysokej teplote na opravu mriežkových defektov. Jadro je priame vstrekovanie iónov kyslíka za vzniku zabudovanej vrstvy kyslíka.
Technológia BESOI (Bonding Thinning) zahŕňa spojenie dvoch kremíkových doštičiek a následné stenčenie jednej z nich mechanickým brúsením a chemickým leptaním za vzniku štruktúry SOI. Podstatou je spojenie a stenčovanie.
Technológia Smart Cut (inteligentná exfoliácia) vytvára exfoliačnú vrstvu vstrekovaním vodíkových iónov. Po spojení sa vykonáva tepelné spracovanie, ktoré exfoliuje kremíkovú doštičku pozdĺž vrstvy vodíkových iónov, čím sa vytvorí ultratenká kremíková vrstva. Jadrom je stripovanie vstrekovaním vodíka.
V súčasnosti existuje ďalšia technológia známa ako SIMBOND (technológia spájania vstrekovaním kyslíka), ktorú vyvinula spoločnosť Xinao. V skutočnosti ide o postup, ktorý kombinuje technológie izolácie a spájania vstrekovaním kyslíka. Pri tomto technickom postupe sa vstrekovaný kyslík používa ako stenčujúca bariérová vrstva a samotná vrstva zakopaného kyslíka je tepelne oxidačná vrstva. Súčasne sa tak zlepšujú parametre, ako je rovnomernosť vrchného kremíka a kvalita vrstvy zakopaného kyslíka.
Kremíkové doštičky SOI vyrobené rôznymi technologickými postupmi majú rôzne výkonnostné parametre a sú vhodné pre rôzne aplikačné scenáre.
Nasleduje súhrnná tabuľka hlavných výkonnostných výhod kremíkových doštičiek SOI v kombinácii s ich technickými vlastnosťami a skutočnými aplikačnými scenármi. V porovnaní s tradičným objemovým kremíkom má SOI významné výhody v rovnováhe medzi rýchlosťou a spotrebou energie. (PS: Výkon 22nm FD-SOI sa blíži k FinFET a náklady sú o 30 % nižšie.)
| Výhoda výkonu | Technický princíp | Špecifický prejav | Typické scenáre aplikácií |
| Nízka parazitická kapacita | Izolačná vrstva (BOX) blokuje väzbu náboja medzi zariadením a substrátom | Rýchlosť prepínania zvýšená o 15 % – 30 %, spotreba energie znížená o 20 % – 50 % | 5G RF, vysokofrekvenčné komunikačné čipy |
| Znížený zvodový prúd | Izolačná vrstva potláča cesty zvodového prúdu | Zvodový prúd znížený o >90 %, predĺžená životnosť batérie | IoT zariadenia, nositeľná elektronika |
| Zvýšená radiačná odolnosť | Izolačná vrstva blokuje akumuláciu náboja indukovanú žiarením | Odolnosť voči žiareniu sa zlepšila 3-5x, znížili sa jednorazové poruchy | Kozmické lode, zariadenia jadrového priemyslu |
| Ovládanie efektov krátkych kanálov | Tenká kremíková vrstva znižuje interferenciu elektrického poľa medzi odtokom a zdrojom | Zlepšená stabilita prahového napätia, optimalizovaný sklon podprahového napätia | Pokročilé čipy uzlovej logiky (<14nm) |
| Vylepšený tepelný manažment | Izolačná vrstva znižuje tepelnú vodivosť | O 30 % menšia akumulácia tepla, o 15 – 25 °C nižšia prevádzková teplota | 3D integrované obvody, automobilová elektronika |
| Optimalizácia vysokých frekvencií | Znížená parazitná kapacita a zvýšená mobilita nosičov | O 20 % nižšie oneskorenie, podporuje spracovanie signálu > 30 GHz | mmWave komunikácia, čipy pre satelitnú komunikáciu |
| Zvýšená flexibilita dizajnu | Nie je potrebný doping vrtov, podporuje spätné ovplyvnenie | O 13 % – 20 % menej procesných krokov, o 40 % vyššia hustota integrácie | Integrované obvody so zmiešanými signálmi, senzory |
| Imunita voči zablokovaniu | Izolačná vrstva izoluje parazitické PN prechody | Prahová hodnota blokovacieho prúdu sa zvýšila na >100 mA | Vysokonapäťové napájacie zariadenia |
Stručne povedané, hlavné výhody SOI sú: beží rýchlo a je energeticky úspornejšie.
Vďaka týmto výkonnostným charakteristikám má SOI široké uplatnenie v oblastiach, ktoré vyžadujú vynikajúci frekvenčný výkon a spotrebu energie.
Ako je uvedené nižšie, na základe podielu aplikačných oblastí zodpovedajúcich SOI je zrejmé, že RF a výkonové zariadenia tvoria prevažnú väčšinu trhu SOI.
| Oblasť použitia | Podiel na trhu |
| RF-SOI (rádiofrekvencia) | 45 % |
| Výkonový SOI | 30 % |
| FD-SOI (úplne vyčerpaný) | 15 % |
| Optická SOI | 8% |
| SOI senzora | 2% |
S rastom trhov, ako je mobilná komunikácia a autonómne riadenie, sa očakáva, že aj kremíkové doštičky SOI si udržia určitú mieru rastu.
Spoločnosť XKH, ako popredný inovátor v technológii kremíkových doštičiek na izolátore (Silicon-On-Insulator), dodáva komplexné riešenia SOI od výskumu a vývoja až po hromadnú výrobu s využitím špičkových výrobných procesov. Naše kompletné portfólio zahŕňa 200 mm/300 mm SOI doštičky s variantmi RF-SOI, Power-SOI a FD-SOI s prísnou kontrolou kvality, ktorá zabezpečuje výnimočnú konzistentnosť výkonu (rovnomernosť hrúbky v rozmedzí ±1,5 %). Ponúkame riešenia na mieru s hrúbkou vrstvy skrytej oxidovej vrstvy (BOX) od 50 nm do 1,5 μm a rôznymi špecifikáciami rezistivity, ktoré spĺňajú špecifické požiadavky. Vďaka 15-ročným technickým znalostiam a robustnému globálnemu dodávateľskému reťazcu spoľahlivo dodávame vysoko kvalitné substrátové materiály SOI popredným výrobcom polovodičov na celom svete, čo umožňuje špičkové inovácie čipov v 5G komunikácii, automobilovej elektronike a aplikáciách umelej inteligencie.
XKH'SOI doštičky:
Čas uverejnenia: 24. apríla 2025