SOI-skivor (kisel-på-isolator)representerar ett specialiserat halvledarmaterial med ett ultratunt kisellager ovanpå ett isolerande oxidlager. Denna unika sandwichstruktur ger betydande prestandaförbättringar för halvledarkomponenter.
Strukturell sammansättning:
Enhetslager (övre kisel):
Tjockleken sträcker sig från flera nanometer till mikrometer, och fungerar som det aktiva lagret för transistortillverkning.
Begravt oxidlager (BOX):
Ett isolerande skikt av kiseldioxid (0,05–15 μm tjockt) som elektriskt isolerar komponentskiktet från substratet.
Bassubstrat:
Bulkkisel (100–500 μm tjockt) som ger mekaniskt stöd.
Enligt framställningsprocesstekniken kan de vanliga processvägarna för SOI-kiselskivor klassificeras som: SIMOX (syreinjektionsisoleringsteknik), BESOI (bonding thinning technology) och Smart Cut (intelligent strippningsteknik).
SIMOX (Oxygen injection isolation technology) är en teknik som innebär att högenergiska syrejoner injiceras i kiselskivor för att bilda ett kiseldioxidinbäddat lager, vilket sedan utsätts för högtemperaturglödgning för att reparera gitterdefekter. Kärnan är direkt joninjektion av syre för att bilda ett begravt lager av syre.
BESOI (Bonding Thinning technology) innebär att två kiselskivor limmas samman och sedan tunnas ut en av dem genom mekanisk slipning och kemisk etsning för att bilda en SOI-struktur. Kärnan ligger i bindning och uttunning.
Smart Cut (Intelligent Exfoliation-teknik) bildar ett exfolierande lager genom vätejoninjektion. Efter bindning utförs värmebehandling för att exfoliera kiselskivan längs vätejonlagret och bilda ett ultratunt kisellager. Kärnan är vätejoninjektionsstrippning.
För närvarande finns det en annan teknik som kallas SIMBOND (oxygen injection bonding technology), som utvecklades av Xinao. Det är faktiskt en metod som kombinerar isolering och bindningstekniker för syrgasinjektion. I denna tekniska metod används det injicerade syret som ett förtunningsbarriärlager, och det faktiska nedgrävda syrgaslagret är ett termiskt oxidationslager. Därför förbättras samtidigt parametrar som den övre kiselns enhetlighet och kvaliteten på det nedgrävda syrgaslagret.
SOI-kiselskivor tillverkade med olika tekniska metoder har olika prestandaparametrar och är lämpliga för olika tillämpningsscenarier.
Följande är en sammanfattande tabell över de viktigaste prestandafördelarna med SOI-kiselskivor, i kombination med deras tekniska egenskaper och faktiska tillämpningsscenarier. Jämfört med traditionellt bulkkisel har SOI betydande fördelar när det gäller balans mellan hastighet och strömförbrukning. (PS: Prestandan hos 22nm FD-SOI ligger nära FinFET:s, och kostnaden är 30 % lägre.)
| Prestandafördel | Teknisk princip | Specifik manifestation | Typiska tillämpningsscenarier |
| Låg parasitisk kapacitans | Isolerande lager (BOX) blockerar laddningskoppling mellan enhet och substrat | Växlingshastigheten ökade med 15 %–30 %, strömförbrukningen minskade med 20 %–50 %. | 5G RF, högfrekventa kommunikationschips |
| Minskad läckström | Isolerande lager undertrycker läckströmsbanor | Läckströmmen minskad med >90 %, förlängd batteritid | IoT-enheter, Bärbar elektronik |
| Förbättrad strålningshårdhet | Isolerande lager blockerar strålningsinducerad laddningsansamling | Strålningstoleransen förbättrades 3–5 gånger, minskade störningar vid enskilda händelser | Rymdfarkoster, utrustning för kärnkraftsindustrin |
| Kortkanalseffektkontroll | Tunt kisellager minskar elektriska fältinterferenser mellan drain och source | Förbättrad tröskelspänningsstabilitet, optimerad subtröskellutning | Avancerade nodlogikchips (<14nm) |
| Förbättrad värmehantering | Isolerande lager minskar värmeledningskoppling | 30 % mindre värmeackumulering, 15–25 °C lägre driftstemperatur | 3D-kretsar, fordonselektronik |
| Högfrekvent optimering | Minskad parasitisk kapacitans och förbättrad bärarmobilitet | 20 % lägre fördröjning, stöder signalbehandling på >30 GHz | mmWave-kommunikation, satellitkommunikationschips |
| Ökad designflexibilitet | Ingen brunndopning krävs, stöder bakåtförspänning | 13–20 % färre processteg, 40 % högre integrationstäthet | Blandade signaler, sensorer |
| Låsningsimmunitet | Isolerande lager isolerar parasitiska PN-övergångar | Tröskelvärdet för låsström ökat till >100mA | Högspänningsenheter |
Sammanfattningsvis är de främsta fördelarna med SOI: den går snabbt och är mer energieffektiv.
På grund av dessa prestandaegenskaper hos SOI har den breda tillämpningar inom områden som kräver utmärkt frekvensprestanda och strömförbrukningsprestanda.
Som visas nedan, baserat på andelen tillämpningsområden som motsvarar SOI, kan man se att RF- och effektkomponenter står för den stora majoriteten av SOI-marknaden.
| Användningsområde | Marknadsandel |
| RF-SOI (radiofrekvens) | 45 % |
| Power SOI | 30 % |
| FD-SOI (helt uttömd) | 15 % |
| Optisk SOI | 8% |
| Sensor-SOI | 2% |
Med tillväxten av marknader som mobil kommunikation och autonom körning förväntas även SOI-kiselskivor upprätthålla en viss tillväxttakt.
XKH, som en ledande innovatör inom Silicon-On-Insulator (SOI) waferteknik, levererar omfattande SOI-lösningar från FoU till volymproduktion med hjälp av branschledande tillverkningsprocesser. Vår kompletta portfölj inkluderar 200 mm/300 mm SOI-wafers som spänner över RF-SOI, Power-SOI och FD-SOI-varianter, med strikt kvalitetskontroll som säkerställer exceptionell prestandakonsistens (tjockleksjämnhet inom ±1,5 %). Vi erbjuder kundanpassade lösningar med begravda oxidskikt (BOX) från 50 nm till 1,5 μm och olika resistivitetsspecifikationer för att möta specifika krav. Med hjälp av 15 års teknisk expertis och en robust global leveranskedja tillhandahåller vi pålitligt högkvalitativa SOI-substratmaterial till ledande halvledartillverkare världen över, vilket möjliggör banbrytande chipinnovationer inom 5G-kommunikation, fordonselektronik och artificiell intelligens-applikationer.
XKH's SOI-wafers:
Publiceringstid: 24 april 2025