Lustų gamybos procese dažnai girdimas terminas „SOI“. O lustų gamyboje taip pat paprastai naudojami SOI substratai integriniams grandynams gaminti. Unikali SOI substratų struktūra gali labai pagerinti lustų veikimą, taigi, kas tiksliai yra SOI? Kokie jo privalumai? Kokiose srityse jis naudojamas? Kaip jis gaminamas?
Kas yra SOI substratas?
SOI yra Silicon-On-Insulator santrumpa. Tai pažodžiui reiškia silicį ant izoliacinio sluoksnio. Tikroji struktūra yra tokia, kad ant silicio plokštelės yra itin plonas izoliacinis sluoksnis, pvz., SiO2. Ant izoliacinio sluoksnio yra dar vienas plonas silicio sluoksnis. Ši struktūra atskiria aktyvųjį silicio sluoksnį nuo pagrindo silicio sluoksnio. Tradiciniame silicio procese lustas formuojamas tiesiai ant silicio pagrindo, nenaudojant izoliatoriaus sluoksnio.
Kokie yra SOI substrato pranašumai?
Maža substrato nuotėkio srovė
Dėl izoliacinio silicio oksido sluoksnio (SiO2) jis veiksmingai izoliuoja tranzistorių nuo apatinio silicio pagrindo. Ši izoliacija sumažina nepageidaujamą srovės srautą iš aktyvaus sluoksnio į pagrindą. Nuotėkio srovė didėja didėjant temperatūrai, todėl lusto patikimumas gali būti žymiai pagerintas esant aukštai temperatūrai.
Sumažinti parazitinę talpą
SOI struktūroje parazitinė talpa žymiai sumažėja. Parazitinės talpos dažnai riboja greitį ir padidina energijos suvartojimą, todėl signalo perdavimo metu papildomai vėluojama ir sunaudojama papildoma energija. Sumažinus šias parazitines talpas, tai yra įprasta didelės spartos arba mažos galios lustuose. Palyginti su įprastais lustais, pagamintais CMOS procese, SOI lustų greitį galima padidinti 15%, o energijos suvartojimą sumažinti 20%.
Triukšmo izoliacija
Naudojant mišrius signalus, skaitmeninių grandinių generuojamas triukšmas gali trukdyti analoginėms arba RF grandinėms ir taip pabloginti sistemos veikimą. Kadangi SOI struktūra atskiria aktyvųjį silicio sluoksnį nuo pagrindo, ji iš tikrųjų pasiekia tam tikrą būdingą triukšmo izoliaciją. Tai reiškia, kad skaitmeninių grandinių sukuriamam triukšmui sunkiau plisti per substratą į jautrias analogines grandines.
Kaip gaminti SOI substratą?
Paprastai yra trys būdai: SIMOX, BESOI, kristalų auginimo metodas ir tt Dėl ribotos erdvės pristatome labiau paplitusią SIMOX technologiją.
SIMOX, pilnas atskyrimo implantuojant deguonį pavadinimas, yra naudojamas deguonies jonų implantavimas ir vėlesnis atkaitinimas aukštoje temperatūroje, kad silicio kristale susidarytų storas silicio dioksido (SiO2) sluoksnis, kuris tarnauja kaip SOI struktūros izoliacinis sluoksnis.
Didelės energijos deguonies jonai implantuojami į tam tikrą silicio substrato gylį. Kontroliuojant deguonies jonų energiją ir dozę, galima nustatyti būsimo silicio dioksido sluoksnio gylį ir storį. Silicio plokštelė, implantuota su deguonies jonais, yra atkaitinama aukštoje temperatūroje, paprastai nuo 1100 laipsnių iki 1300 laipsnių. Esant tokiai aukštai temperatūrai, implantuoti deguonies jonai reaguoja su siliciu, sudarydami ištisinį silicio dioksido sluoksnį. Šis izoliacinis sluoksnis yra palaidotas po silicio pagrindu, sudarydamas SOI struktūrą. Paviršinis silicio sluoksnis tampa funkciniu sluoksniu gaminant lustą, o žemiau esantis silicio dioksido sluoksnis veikia kaip izoliacinis sluoksnis, izoliuojantis funkcinį sluoksnį nuo silicio pagrindo.
Kuriuose lustuose naudojami SOI substratai?
Jie gali būti naudojami CMOS įrenginiuose, RF įrenginiuose ir silicio fotoniniuose įrenginiuose.
Kokie yra įprasti kiekvieno SOI substrato sluoksnio storiai?
Silicio pagrindo sluoksnio storis: 100 μm / 300 μm / 400 μm / 500 μm / 625 μm ~ ir daugiau
SiO2 storis: nuo 100 nm iki 10 μm
Aktyvus silicio sluoksnis: didesnis arba lygus 20 nm
