SOI-wafere (silisium-på-isolator)representerer et spesialisert halvledermateriale med et ultratynt silisiumlag dannet oppå et isolerende oksidlag. Denne unike sandwichstrukturen gir betydelige ytelsesforbedringer for halvlederkomponenter.
Strukturell sammensetning:
Enhetslag (toppsilisium):
Tykkelsen varierer fra flere nanometer til mikrometer, og fungerer som det aktive laget for transistorfabrikasjon.
Nedgravd oksidlag (BOKS):
Et isolerende lag av silisiumdioksid (0,05–15 μm tykt) som isolerer komponentlaget elektrisk fra substratet.
Basissubstrat:
Bulksilisium (100–500 μm tykt) som gir mekanisk støtte.
I henhold til fremstillingsprosessteknologien kan de vanlige prosessrutene for SOI-silisiumskiver klassifiseres som: SIMOX (oksygeninjeksjonsisoleringsteknologi), BESOI (bonding thinning technology) og Smart Cut (intelligent stripping-teknologi).
SIMOX (Oxygen injection isolation technology) er en teknikk som innebærer å injisere høyenergiske oksygenioner i silisiumskiver for å danne et innebygd silisiumdioksidlag, som deretter utsettes for høytemperaturgløding for å reparere gitterdefekter. Kjernen er direkte ioninjeksjon av oksygen for å danne et nedgravd lag med oksygen.
BESOI (Bonding Thinning-teknologi) innebærer å lime to silisiumskiver og deretter tynne ut den ene gjennom mekanisk sliping og kjemisk etsing for å danne en SOI-struktur. Kjernen ligger i binding og tynning.
Smart Cut (Intelligent Exfoliation-teknologi) danner et eksfolieringslag gjennom hydrogenioninjeksjon. Etter binding utføres varmebehandling for å eksfoliere silisiumskiven langs hydrogenionlaget, og danne et ultratynt silisiumlag. Kjernen er hydrogeninjeksjonsstripping.
For tiden finnes det en annen teknologi kjent som SIMBOND (oksygeninjeksjonsbindingsteknologi), som ble utviklet av Xinao. Dette er faktisk en metode som kombinerer oksygeninjeksjonsisolasjon og bindingsteknologier. I denne tekniske metoden brukes det injiserte oksygenet som et tynnende barrierelag, og det faktiske nedgravde oksygenlaget er et termisk oksidasjonslag. Derfor forbedres parametere som ensartetheten til det øverste silisiumet og kvaliteten på det nedgravde oksygenlaget samtidig.
SOI-silisiumskiver produsert med forskjellige tekniske ruter har forskjellige ytelsesparametere og er egnet for forskjellige bruksscenarier.
Følgende er en oppsummeringstabell over de viktigste ytelsesfordelene til SOI-silisiumskiver, kombinert med deres tekniske egenskaper og faktiske bruksscenarier. Sammenlignet med tradisjonelt bulksilisium har SOI betydelige fordeler når det gjelder balanse mellom hastighet og strømforbruk. (PS: Ytelsen til 22nm FD-SOI er nær FinFETs, og kostnaden er redusert med 30 %.)
| Ytelsesfordel | Teknisk prinsipp | Spesifikk manifestasjon | Typiske applikasjonsscenarier |
| Lav parasittisk kapasitans | Isolasjonslag (BOX) blokkerer ladningskobling mellom enhet og substrat | Byttehastigheten økte med 15 %–30 %, strømforbruket reduserte med 20 %–50 % | 5G RF, høyfrekvente kommunikasjonsbrikker |
| Redusert lekkasjestrøm | Isolasjonslaget undertrykker lekkasjestrømbaner | Lekkasjestrøm redusert med >90 %, forlenget batterilevetid | IoT-enheter, Bærbar elektronikk |
| Forbedret strålingshardhet | Isolasjonslaget blokkerer strålingsindusert ladningsakkumulering | Stråletoleranse forbedret 3–5 ganger, reduserte enkeltstående forstyrrelser | Romfartøy, utstyr til kjernekraftindustrien |
| Kortkanals effektkontroll | Tynt silisiumlag reduserer elektrisk feltforstyrrelser mellom dren og kilde | Forbedret terskelspenningsstabilitet, optimalisert subterskelhelling | Avanserte nodelogikkbrikker (<14nm) |
| Forbedret termisk styring | Isolasjonslaget reduserer varmeledningskobling | 30 % mindre varmeakkumulering, 15–25 °C lavere driftstemperatur | 3D-IC-er, bilelektronikk |
| Høyfrekvent optimalisering | Redusert parasittisk kapasitans og forbedret bærermobilitet | 20 % lavere forsinkelse, støtter signalbehandling på >30 GHz | mmWave-kommunikasjon, satellittkommunikasjonsbrikker |
| Økt designfleksibilitet | Ingen brønndoping nødvendig, støtter tilbakespenning | 13–20 % færre prosesstrinn, 40 % høyere integrasjonstetthet | Blandede signal-IC-er, sensorer |
| Låsbar immunitet | Isolasjonslaget isolerer parasittiske PN-overganger | Terskelen for låsestrøm økte til >100mA | Høyspenningsenheter |
For å oppsummere er de viktigste fordelene med SOI: den kjører raskt og er mer energieffektiv.
På grunn av disse ytelsesegenskapene til SOI, har den brede bruksområder i felt som krever utmerket frekvensytelse og strømforbruk.
Som vist nedenfor, basert på andelen bruksfelt som tilsvarer SOI, kan det sees at RF- og kraftenheter står for det store flertallet av SOI-markedet.
| Søknadsfelt | Markedsandel |
| RF-SOI (radiofrekvens) | 45 % |
| Strøm-SOI | 30 % |
| FD-SOI (fullstendig uttømt) | 15 % |
| Optisk SOI | 8% |
| Sensor-SOI | 2% |
Med veksten i markeder som mobilkommunikasjon og autonom kjøring, forventes det også at SOI-silisiumskiver vil opprettholde en viss vekstrate.
XKH, som en ledende innovatør innen Silicon-On-Insulator (SOI) waferteknologi, leverer omfattende SOI-løsninger fra FoU til volumproduksjon ved hjelp av bransjeledende produksjonsprosesser. Vår komplette portefølje inkluderer 200 mm/300 mm SOI-wafere som spenner over RF-SOI-, Power-SOI- og FD-SOI-varianter, med streng kvalitetskontroll som sikrer eksepsjonell ytelseskonsistens (tykkelsesjevnhet innenfor ±1,5 %). Vi tilbyr tilpassede løsninger med begravd oksidlag (BOX) som varierer fra 50 nm til 1,5 μm og ulike resistivitetsspesifikasjoner for å møte spesifikke krav. Ved å utnytte 15 års teknisk ekspertise og en robust global forsyningskjede, leverer vi pålitelig SOI-substratmaterialer av høy kvalitet til ledende halvlederprodusenter over hele verden, noe som muliggjør banebrytende chipinnovasjoner innen 5G-kommunikasjon, bilelektronikk og kunstig intelligens-applikasjoner.
XKH's SOI-wafere:
Publisert: 24. april 2025