SOI (křemík na izolantu) destičkypředstavují specializovaný polovodičový materiál s ultratenkou vrstvou křemíku vytvořenou na izolační oxidové vrstvě. Tato unikátní sendvičová struktura přináší významné zlepšení výkonu polovodičových součástek.
Strukturální složení:
Vrstva zařízení (horní křemík):
Tloušťka od několika nanometrů do mikrometrů, sloužící jako aktivní vrstva pro výrobu tranzistorů.
Vrstva skrytého oxidu (BOX):
Izolační vrstva z oxidu křemičitého (o tloušťce 0,05–15 μm), která elektricky izoluje vrstvu zařízení od substrátu.
Základní substrát:
Objemový křemík (tloušťka 100–500 μm) poskytující mechanickou oporu.
Podle technologie přípravy lze hlavní procesní postupy pro výrobu křemíkových destiček SOI rozdělit na: SIMOX (technologie izolace vstřikováním kyslíku), BESOI (technologie ztenčování spojů) a Smart Cut (inteligentní technologie odstraňování odlitku).
SIMOX (technologie izolace vstřikováním kyslíku) je technika, která zahrnuje vstřikování vysokoenergetických iontů kyslíku do křemíkových destiček za účelem vytvoření vrstvy zabudované v oxidu křemičitém, která je následně podrobena vysokoteplotnímu žíhání za účelem opravy mřížkových defektů. Jádro je prováděno přímým vstřikováním iontů kyslíku za účelem vytvoření skryté vrstvy kyslíku.
Technologie BESOI (Bonding Thinning) zahrnuje spojení dvou křemíkových destiček a následné ztenčení jedné z nich mechanickým broušením a chemickým leptáním za vzniku struktury SOI. Jádrem je spojení a ztenčení.
Technologie Smart Cut (inteligentní exfoliace) vytváří exfoliační vrstvu vstřikováním vodíkových iontů. Po spojení se provádí tepelné zpracování, které odlupuje křemíkový plátek podél vrstvy vodíkových iontů, čímž vzniká ultratenká křemíková vrstva. Jádrem je stripování vstřikováním vodíku.
V současné době existuje další technologie známá jako SIMBOND (oxygen injection bonding technology), kterou vyvinula společnost Xinao. Ve skutečnosti se jedná o cestu, která kombinuje technologie izolace a bondingu vstřikováním kyslíku. V této technické cestě se vstřikovaný kyslík používá jako ztenčující bariérová vrstva a samotná vrstva skrytého kyslíku je tepelně oxidační vrstva. Zároveň se tak zlepšují parametry, jako je rovnoměrnost vrchního křemíku a kvalita vrstvy skrytého kyslíku.
Křemíkové destičky SOI vyrobené různými technickými postupy mají různé výkonnostní parametry a jsou vhodné pro různé aplikační scénáře.
Následuje souhrnná tabulka hlavních výhod výkonu křemíkových destiček SOI v kombinaci s jejich technickými vlastnostmi a reálnými scénáři použití. Ve srovnání s tradičním objemovým křemíkem má SOI významné výhody v poměru rychlosti a spotřeby energie. (PS: Výkon 22nm FD-SOI se blíží výkonu FinFET a náklady jsou o 30 % nižší.)
| Výhoda výkonu | Technický princip | Specifický projev | Typické scénáře použití |
| Nízká parazitní kapacita | Izolační vrstva (BOX) blokuje vazbu náboje mezi zařízením a substrátem | Rychlost přepínání zvýšena o 15–30 %, spotřeba energie snížena o 20–50 % | 5G RF, vysokofrekvenční komunikační čipy |
| Snížený svodový proud | Izolační vrstva potlačuje cesty svodového proudu | Snížení svodového proudu o >90 %, prodloužená životnost baterie | IoT zařízení, nositelná elektronika |
| Zvýšená radiační odolnost | Izolační vrstva blokuje akumulaci náboje indukovanou zářením | Radiační tolerance se zlepšila 3–5krát, snížilo se množství jednorázových poruch | Kosmické lodě, zařízení pro jaderný průmysl |
| Ovládání efektů krátkých kanálů | Tenká vrstva křemíku snižuje interferenci elektrického pole mezi odtokem a zdrojem | Vylepšená stabilita prahového napětí, optimalizovaný sklon podprahového napětí | Pokročilé čipy pro logiku uzlů (<14nm) |
| Vylepšené tepelné řízení | Izolační vrstva snižuje tepelnou vodivost | O 30 % menší akumulace tepla, o 15–25 °C nižší provozní teplota | 3D integrované obvody, automobilová elektronika |
| Optimalizace vysokých frekvencí | Snížená parazitní kapacita a zvýšená mobilita nosičů | O 20 % nižší zpoždění, podporuje zpracování signálu >30 GHz | mmWave komunikace, čipy pro satelitní komunikaci |
| Zvýšená flexibilita návrhu | Není vyžadován doping vrtů, podporuje zpětné předpětí | O 13–20 % méně procesních kroků, o 40 % vyšší hustota integrace | Integrované obvody se smíšenými signály, senzory |
| Imunita proti zániku | Izolační vrstva izoluje parazitní PN přechody | Prahová hodnota blokovacího proudu zvýšena na >100 mA | Vysokonapěťová napájecí zařízení |
Stručně řečeno, hlavní výhody SOI jsou: rychlý chod a energeticky úspornější.
Díky těmto výkonnostním charakteristikám má SOI široké uplatnění v oblastech, které vyžadují vynikající frekvenční výkon a spotřebu energie.
Jak je uvedeno níže, na základě podílu aplikačních oblastí odpovídajících SOI je patrné, že RF a výkonová zařízení tvoří drtivou většinu trhu SOI.
| Oblast použití | Podíl na trhu |
| RF-SOI (vysokofrekvenční) | 45 % |
| Výkonový SOI | 30 % |
| FD-SOI (plně vyčerpaný) | 15 % |
| Optická SOI | 8% |
| SOI senzoru | 2% |
S růstem trhů, jako je mobilní komunikace a autonomní řízení, se očekává, že si křemíkové destičky SOI udrží určité tempo růstu.
Společnost XKH, jakožto přední inovátor v technologii křemíkových destiček na izolantu (SOI), dodává komplexní SOI řešení od výzkumu a vývoje až po hromadnou výrobu s využitím špičkových výrobních procesů. Naše kompletní portfolio zahrnuje 200mm/300mm SOI destičky v variantách RF-SOI, Power-SOI a FD-SOI s přísnou kontrolou kvality, která zajišťuje výjimečnou konzistenci výkonu (jednotnost tloušťky v rozmezí ±1,5 %). Nabízíme řešení na míru s tloušťkou vrstvy skrytých oxidů (BOX) od 50 nm do 1,5 μm a různými specifikacemi rezistivity pro splnění specifických požadavků. Využíváme 15 let technických znalostí a robustní globální dodavatelský řetězec a spolehlivě dodáváme vysoce kvalitní substrátové materiály SOI předním výrobcům polovodičů po celém světě, což umožňuje špičkové inovace čipů v 5G komunikaci, automobilové elektronice a aplikacích umělé inteligence.
XKH'SOI destičky:
Čas zveřejnění: 24. dubna 2025