SOI (Silicon-On-Insulator) -kiekotedustavat erikoistunutta puolijohdemateriaalia, jossa on erittäin ohut piikerros, joka on muodostettu eristävän oksidikerroksen päälle. Tämä ainutlaatuinen sandwich-rakenne parantaa merkittävästi puolijohdelaitteissa vallitsevaa suorituskykyä.
Rakenteellinen koostumus:
Laitekerros (yläosa pii):
Paksuus vaihtelee useista nanometreistä mikrometreihin ja toimii aktiivisena kerroksena transistorien valmistuksessa.
Haudattu oksidikerros (BOX):
Piidioksidieristekerros (paksu 0,05–15 μm), joka eristää laitekerroksen sähköisesti substraatista.
Pohjamateriaali:
Piimassaa (100–500 μm paksu) mekaanisena tukena.
Valmistusprosessiteknologian mukaan SOI-piikiekkojen pääasialliset prosessireitit voidaan luokitella seuraavasti: SIMOX (happi-injektioeristystekniikka), BESOI (liimausohennuksen tekniikka) ja Smart Cut (älykäs strippaustekniikka).
SIMOX (happi-injektioeristystekniikka) on tekniikka, jossa piikiekkoihin ruiskutetaan korkeaenergisiä happi-ioneja piidioksidikerrosten muodostamiseksi. Piidioksidikerros sitten hehkutetaan korkeassa lämpötilassa hilavirheiden korjaamiseksi. Ytimeen ruiskutetaan ioni-happia suoraan happikerroksen muodostamiseksi.
BESOI (Bonding Thinning -tekniikka) käsittää kahden piikiekon liittämisen yhteen ja toisen ohentamisen mekaanisella hiomisella ja kemiallisella etsauksella SOI-rakenteen muodostamiseksi. Ydin muodostuu liimauksen ja ohennuksen tuloksena.
Smart Cut (älykäs kuorintatekniikka) muodostaa kuorintakerroksen vetyioni-injektiolla. Liimauksen jälkeen piikiekko kuoritaan lämpökäsittelyllä vetyionikerrosta pitkin, jolloin muodostuu erittäin ohut piikerros. Ydin on vetyinjektiolla tehtävä kuorinta.
Tällä hetkellä on olemassa toinen tekniikka, joka tunnetaan nimellä SIMBOND (happi-injektioliitostekniikka), jonka on kehittänyt Xinao. Itse asiassa se on reitti, joka yhdistää happi-injektioeristys- ja liitostekniikat. Tässä teknisessä reitissä injektoitua happea käytetään ohentavana suojakerroksena, ja varsinainen happikerros on lämpöhapetuskerros. Näin ollen se parantaa samanaikaisesti parametreja, kuten pintapiin tasaisuutta ja haudatun happikerroksen laatua.
Eri teknisillä reiteillä valmistetuilla SOI-piikiekoilla on erilaiset suorituskykyparametrit ja ne soveltuvat erilaisiin sovellusskenaarioihin.
Seuraavassa on yhteenvetotaulukko SOI-piikiekkojen keskeisistä suorituskykyeduista yhdistettynä niiden teknisiin ominaisuuksiin ja todellisiin sovellustilanteisiin. Perinteiseen bulkkipiikiekkoon verrattuna SOI:lla on merkittäviä etuja nopeuden ja virrankulutuksen tasapainossa. (PS: 22 nm:n FD-SOI:n suorituskyky on lähellä FinFETin suorituskykyä, ja kustannukset ovat 30 % pienemmät.)
| Suorituskykyetu | Tekninen periaate | Erityinen ilmentymä | Tyypillisiä sovellusskenaarioita |
| Alhainen loiskapasitanssi | Eristävä kerros (BOX) estää varauksen kytkennän laitteen ja alustan välillä | Kytkentänopeus kasvoi 15–30 %, virrankulutus laski 20–50 % | 5G RF, korkeataajuiset tietoliikennepiirit |
| Pienempi vuotovirta | Eristävä kerros estää vuotovirtojen kulkeutumisen | Vuotovirta pienenee yli 90 %, pidentää akun käyttöikää | IoT-laitteet, puettava elektroniikka |
| Parannettu säteilykestävyys | Eristävä kerros estää säteilyn aiheuttaman varauksen kertymisen | Säteilynsietokyky parani 3–5 kertaa, yksittäisten tapahtumien aiheuttamat häiriöt vähenivät | Avaruusalukset, ydinvoimateollisuuden laitteet |
| Lyhytkanavainen efektiohjaus | Ohut piikerros vähentää sähkökentän häiriöitä nielun ja lähteen välillä | Parannettu kynnysjännitteen vakaus, optimoitu alikynnyksen kaltevuus | Edistyneet solmulogiikkapiirit (<14 nm) |
| Parannettu lämmönhallinta | Eristävä kerros vähentää lämmönjohtavuutta | 30 % vähemmän lämmön kertymistä, 15–25 °C alhaisempi käyttölämpötila | 3D-IC:t, autoelektroniikka |
| Korkean taajuuden optimointi | Pienempi loiskapasitanssi ja parempi kantoaaltojen liikkuvuus | 20 % pienempi viive, tukee yli 30 GHz:n signaalinkäsittelyä | mmWave-viestintä, satelliittiviestintäpiirit |
| Lisääntynyt suunnittelun joustavuus | Ei vaadi dopingia, tukee takaisinpainotusta | 13–20 % vähemmän prosessivaiheita, 40 % suurempi integrointitiheys | Sekasignaali-IC:t, anturit |
| Lukitusimmuniteetti | Eristävä kerros eristää lois-PN-liitokset | Lukitusvirran kynnysarvo nostettu >100 mA:iin | Korkeajännitteiset laitteet |
Yhteenvetona voidaan todeta, että SOI:n tärkeimmät edut ovat: se toimii nopeasti ja on energiatehokkaampi.
Näiden SOI:n suorituskykyominaisuuksien ansiosta sillä on laaja käyttöalue aloilla, jotka vaativat erinomaista taajuustehoa ja virrankulutusta.
Kuten alla on esitetty, SOI:ta vastaavien sovellusalueiden osuuden perusteella voidaan nähdä, että RF- ja teholaitteet muodostavat valtaosan SOI-markkinoista.
| Sovelluskenttä | Markkinaosuus |
| RF-SOI (radiotaajuus) | 45 % |
| Power SOI | 30 % |
| FD-SOI (täysin tyhjentynyt) | 15 % |
| Optinen SOI | 8% |
| Anturin SOI | 2% |
Matkaviestinnän ja autonomisen ajamisen kaltaisten markkinoiden kasvun myötä myös SOI-piikiekkojen odotetaan ylläpitävän tiettyä kasvuvauhtia.
XKH, johtavana piisiru-eristekiekkoteknologian (SOI) innovaattorina, toimittaa kattavia SOI-ratkaisuja tutkimuksesta ja kehityksestä aina massatuotantoon asti käyttäen alan johtavia valmistusprosesseja. Täydellinen tuotevalikoimamme sisältää 200 mm/300 mm:n SOI-kiekkoja RF-SOI-, Power-SOI- ja FD-SOI-varianteissa. Tiukka laadunvalvonta varmistaa poikkeuksellisen suorituskyvyn tasaisuuden (paksuuden tasaisuus ±1,5 %:n sisällä). Tarjoamme räätälöityjä ratkaisuja, joissa on haudatun oksidikerroksen (BOX) paksuus 50 nm:stä 1,5 μm:iin ja erilaisia resistiivisyysmäärityksiä erityisvaatimusten täyttämiseksi. Hyödyntämällä 15 vuoden teknistä asiantuntemusta ja vankkaa globaalia toimitusketjua toimitamme luotettavasti korkealaatuisia SOI-substraattimateriaaleja huipputason puolijohdevalmistajille maailmanlaajuisesti, mikä mahdollistaa huippuluokan siruinnovaatiot 5G-viestinnässä, autoelektroniikassa ja tekoälysovelluksissa.
XKH's SOI-kiekot:
Julkaisuaika: 24.4.2025