Kadangi tradicinis įrenginio mastelio keitimas susiduria su esminėmis ribomis, naujovės pereina į substrato lygį. Šiame straipsnyje nagrinėjamas esminis silicio-ant-izoliatoriaus (SOI) ir įtempto silicio plokštelių vaidmuo, įgalinant naujos kartos didelio-našumo, mažos-galios ir radi-kietuosius integrinius grandynus. Skirta mokslinių tyrimų ir plėtros direktoriams, gaminių architektams ir strateginiams pirkėjams tokiuose sektoriuose kaip didelio našumo kompiuterija, daiktų internetas ir erdvėlaivių pramonė. Ji suteikia išsamią techninę informaciją apie SOI gamybos metodus (SIMOX, Smart Cut™), jų pranašumus prieš masinį silicį ir naujas RF{8}SOI taikomąsias programas. Pristatydamas pažangių substratų, pvz., SOI ir epitaksinių paslaugų (SOS, GaN{10}}on-Si) patirtį, šis turinys suteikia „Sibranch“ novatoriui ir svarbiam partneriui įmonėms, kuriančiose ne masinio silicio ribas.
Įvadas: kai masinio silicio neužtenka
Nenumaldomą Moore'o dėsnio eigą paskatino tūrinių silicio plokštelių tranzistoriai. Tačiau pažangiuose mazguose pats masinis substratas tampa apribojimų šaltiniu: srovės nuotėkis, parazitinė talpa, užraktas ir švelnios spinduliuotės klaidos. Naujos-kartos lustų-projektuotojams, nesvarbu, ar tai būtų galingi-IoT jutikliai, sparčiai{6}} serverio procesoriai ar patikima palydovinė elektronika-, sprendimas slypi ne tik tranzistoriaus konstrukcijoje, bet ir po juo. Sukonstruotų substratų revoliucija, kuriai vadovauja Silicon{9}}on-Insulator (SOI) technologija, suteikia naujų medžiagų pagrindą IC ateičiai.
1 skyrius: SOI išpakavimas: Konstravimas ir raktų gamybos metodai
SOI plokštelė yra daugiasluoksnė struktūra: plonas viršutinis vieno -kristalinio silicio sluoksnis (įrenginio sluoksnis) yra atskirtas nuo masinės silicio rankenos plokštelės palaidotu silicio dioksido sluoksniu (BOX).
Ši architektūra pasiekiama dviem pagrindiniais būdais:
Atskyrimas implantuojant deguonį (SIMOX): didelės{0} dozės deguonies jonų implantavimas į silicio plokštelę, po kurio atliekamas atkaitinimas aukštoje -temperatūroje, sudaro ištisinį palaidotą SiO₂ sluoksnį. Šis metodas leidžia puikiai valdyti viršutinį silicio storį.
„Smart Cut™“ procesas: ši pramonėje{0}}dominuojanti technika apima:
„Donorinės“ plokštelės oksidavimas, kad susidarytų BOX sluoksnis.
Vandenilio jonų implantavimas, kad būtų sukurta susilpnėjusi plokštuma po paviršiumi.
Šios donorinės plokštelės priklijavimas prie "rankenos" plokštelės.
Tikslios skilimo energijos panaudojimas donoro plokštelei padalinti vandenilio plokštumoje, paliekant ploną silicio sluoksnį ant rankenos plokštelės.
Dovanojamąją plokštelę galima perdirbti, todėl procesas yra ekonomiškas{0}}. „Smart Cut™“ procesas yra žinomas dėl išskirtinio vienodumo ir kristalų kokybės viršutinio silicio sluoksnio plokščių gamybos, o tai labai svarbu gaminant didelę- našumą.
2 skyrius: Našumo dividendai: kodėl SOI laimi
Paprastas izoliacinio BOX sluoksnio įdėjimas suteikia didelę elektrinę naudą:
- Drastiškai sumažinta parazitinė talpa: BOX sluoksnis izoliuoja aktyvius įrenginius nuo laidžio pagrindo, sumažindamas šaltinį / nutekėjimą-į-kūno talpą. Tai tiesiogiai reiškia didesnį perjungimo greitį ir mažesnį dinaminio energijos suvartojimą-, kuris yra pagrindinis aukšto-dažnio procesorių ir{5}}baterija maitinamų įrenginių pranašumas.
- Užrakto{0}}aukštinimo pašalinimas: naudojant masinę CMOS, parazitinė tiristoriaus struktūra gali sukelti destruktyvią aukštą-srovę (užfiksavimą-). SOI izoliacinė DĖŽĖ fiziškai nutraukia šį kelią, todėl grandinės savaime užsifiksuoja-užsifiksuoja-ir patikimesnės.
- Tobula izoliacija ir nuotėkio kontrolė: BOX užtikrina puikią dielektrinę izoliaciją tarp gretimų tranzistorių, todėl užtikrinamas mažesnis sandarinimo tankis ir sumažinamos nuotėkio srovės, o tai itin svarbu naudojant itin{0}}mažos galios{1}}konstrukciją.
- Padidintas radiacijos kietumas: plonas įrenginio sluoksnis sumažina jonizuojančiosios spinduliuotės dalelių įkrovimo tūrį, todėl SOI grandinės natūraliai tampa atsparesnės pavienių -įvykių sutrikimams (SEU), o tai yra esminis reikalavimas aviacijos, automobilių ir medicinos srityse.
3 skyrius: SOI variantai ir jų tikslinės programos
SOI nėra monolitinė technologija; tai platforma, pritaikyta skirtingoms rinkoms:
- Iš dalies išeikvota (PD-SOI): turi storesnį įrenginio sluoksnį (paprastai > 100 nm). Jis siūlo didelius greičio ir galios pranašumus, palyginti su masiniu režimu, ir buvo sėkmingai įdiegtas didelio našumo -mikroprocesoriuose ir žaidimų pultuose.
- Visiškai išeikvotas (FD-SOI): naudojamas itin-plonas įrenginio sluoksnis (paprastai < 20 nm) ir plona BOX. Visame kanale nėra nešėjų, todėl užtikrinamas puikus elektrostatinis valdymas. FD-SOI yra energijos-produktyvumo-išlyginimo čempionas, leidžiantis dirbti itin-žemos-įtampos (IoT ir nešiojamiesiems įrenginiams) arba ypač{10}}padidintas našumas esant vidutinei įtampai, o visa tai pagaminama paprastesnė ir pigesnė nei FinFET lygiaverčiuose mazguose.
- RF-SOI: dominuojantis išmaniųjų telefonų RF priekinių-modulių (jungiklių, imtuvų, LNA) pagrindas. Didelės-varžinės rankenos plokštelė kartu su BOX užtikrina puikią izoliaciją, sumažina signalo praradimą, didesnį tiesiškumą ir galimybę integruoti pasyviuosius komponentus-, todėl 5G telefonuose galima naudoti sudėtingas kelių-juosčių, kelių{6}}antenų sistemas.
4 skyrius: Be SOI: specializuotų programų epitaksinė riba
Substrato inžinerijos paradigma apima ne tik SOI. Pažangios epitaksinės paslaugos uždeda pavienius{1}}kristalinius kitų medžiagų sluoksnius ant optimizuotų substratų, sukurdamos unikalias savybes:
- SOS (silicis-ant-safyro): silicis, epitaksiškai išaugintas ant izoliuojančios safyro plokštelės. Jis pasižymi dar didesniu spinduliuotės kietumu ir RD našumu nei SOI, naudojamas ekstremaliose aplinkose ir aukšto{3}}dažnio kariniuose ryšiuose.
- GaN-on-Silicis: Silicio plokštelėse esantys galio nitrido epitaksiniai sluoksniai įgalina didelio-efektyvumo, didelės-galios RF stiprintuvus ir greito-įkrovimo galios elektroniką už mažesnę kainą nei GaN-on-SiC.
- Įtemptas silicis: auginant ploną silicio sluoksnį ant atsipalaidavusio silicio germanio (SiGe) buferinio sluoksnio, silicio kristalinė gardelė ištempiama, todėl padidėja elektronų mobilumas. Ši „įtempto silicio“ technika buvo pagrindinis loginių mazgų našumo stiprintuvas daugiau nei dešimtmetį.
Substrato{0}}Led Innovation partnerystė
Norint naršyti šiame sukonstruotų substratų kraštovaizdyje, reikia daugiau nei standartiniam plokštelių tiekėjui; tam reikia technologijų plėtros partnerio. Tokia įmonė kaip „Sibranch Microelectronics“, turinti gilią SOI plokštelių patirtį ir išsamias epitaksines paslaugas (įskaitant SOS ir GaN), yra svarbus tiltas tarp substrato naujovių ir jūsų projektavimo komandos. Mūsų galimybė tiekti ne tik pažangias plokšteles, bet ir susijusias technines konsultacijas dėl tokių parametrų kaip įrenginio sluoksnio storis, DĖŽĖS storis ir rankenos plokštelės varža užtikrina, kad jūsų naujoviškos grandinės būtų sukurtos ant tinkamiausio ir optimizuoto pagrindo. Šis bendradarbiavimas yra būtinas norint išnaudoti visą substrato inžinerijos potencialą jūsų kitam proveržio produktui.
Išvada: ateities lustų pagrindas
Kadangi puslaidininkių pramonė skirstoma į specializuotus skaičiavimus, visur esantį jutimą ir pažangų ryšį, vieno -dydžio-visiems pagrindo{2} metodas yra pasenęs. SOI ir susiję inžineriniai substratai yra galingas įrankių rinkinys, padedantis įveikti fizines silicio tūrio ribas. Įvaldę šias medžiagas, lustų dizaineriai ir gamintojai gali pasiekti lemiamų pranašumų našumo, galios ir integracijos srityse. Tiekėjo, turinčio pakankamai techninių žinių, kad būtų vadovaujamasi ir palaikoma šios substrato{6}}lygio naujovės, pasirinkimas nebėra pirkimo sprendimas,-tai strateginė investicija į jūsų technologijų plano ateitį.
