SOI (silicium-op-isolator) wafersHet betreft een gespecialiseerd halfgeleidermateriaal met een ultradunne siliciumlaag bovenop een isolerende oxidelaag. Deze unieke sandwichstructuur zorgt voor aanzienlijke prestatieverbeteringen voor halfgeleidercomponenten.
Structurele samenstelling:
Apparaatlaag (bovenste siliciumlaag):
Met een dikte variërend van enkele nanometers tot micrometers, dient deze laag als actieve laag voor de fabricage van transistors.
Begraven oxidelaag (BOX):
Een isolerende laag van siliciumdioxide (0,05-15 μm dik) die de apparaatlaag elektrisch isoleert van het substraat.
Basissubstraat:
Massief silicium (100-500 μm dik) dat mechanische ondersteuning biedt.
Op basis van de gebruikte productietechnologie kunnen de belangrijkste productieprocessen voor SOI-siliciumwafers worden onderverdeeld in: SIMOX (oxygen injection isolation technology), BESOI (bonding thinning technology) en Smart Cut (intelligent stripping technology).
SIMOX (Oxygen injection isolation technology) is een techniek waarbij hoogenergetische zuurstofionen in siliciumwafers worden geïnjecteerd om een ingebedde siliciumdioxidelaag te vormen. Deze laag wordt vervolgens bij hoge temperatuur gegloeid om roosterdefecten te herstellen. De kern van de techniek is directe injectie van zuurstofionen om een ingebedde zuurstoflaag te creëren.
BESOI (Bonding Thinning Technology) houdt in dat twee siliciumwafers aan elkaar worden gehecht, waarna een van de wafers door middel van mechanisch slijpen en chemisch etsen wordt verdund om een SOI-structuur te vormen. De kern van de technologie ligt in het hechten en verdunnen.
Smart Cut (Intelligente Exfoliatie-technologie) vormt een exfoliatielaag door middel van injectie van waterstofionen. Na het verbinden wordt een warmtebehandeling uitgevoerd om de siliciumwafer langs de waterstofionenlaag te exfoliëren, waardoor een ultradunne siliciumlaag ontstaat. De kern bestaat uit het strippen met waterstofinjectie.
Momenteel bestaat er nog een andere technologie, bekend als SIMBOND (oxygen injection bonding technology), ontwikkeld door Xinao. Deze technologie combineert isolatie- en bondingtechnieken met zuurstofinjectie. Bij deze techniek wordt de geïnjecteerde zuurstof gebruikt als een dunne barrièrelaag, terwijl de onderliggende zuurstoflaag een thermische oxidatielaag vormt. Hierdoor worden tegelijkertijd parameters zoals de uniformiteit van de bovenste siliciumlaag en de kwaliteit van de onderliggende zuurstoflaag verbeterd.
SOI-siliciumwafers die via verschillende technische methoden worden geproduceerd, hebben verschillende prestatieparameters en zijn geschikt voor verschillende toepassingsscenario's.
De volgende tabel geeft een overzicht van de belangrijkste prestatievoordelen van SOI-siliciumwafers, in combinatie met hun technische kenmerken en toepassingsscenario's. Vergeleken met traditioneel bulksilicium biedt SOI aanzienlijke voordelen op het gebied van snelheid en energieverbruik. (PS: De prestaties van 22nm FD-SOI benaderen die van FinFET, terwijl de kosten met 30% zijn verlaagd.)
| Prestatievoordeel | Technisch principe | Specifieke manifestatie | Typische toepassingsscenario's |
| Lage parasitaire capaciteit | De isolerende laag (BOX) blokkeert de ladingskoppeling tussen het apparaat en het substraat. | De schakelsnelheid is met 15%-30% toegenomen en het stroomverbruik met 20%-50% verminderd. | 5G RF, hoogfrequente communicatiechips |
| Verminderde lekstroom | De isolerende laag onderdrukt lekstroompaden. | Lekstroom met meer dan 90% verminderd, langere levensduur van de batterij | IoT-apparaten, draagbare elektronica |
| Verbeterde stralingsbestendigheid | De isolerende laag blokkeert de door straling veroorzaakte ladingsaccumulatie. | De tolerantie voor straling is 3-5 keer verbeterd en het aantal incidenten met eenmalige straling is verminderd. | Ruimtevaartuigen, apparatuur voor de nucleaire industrie |
| Controle van het kortekanaaleffect | Een dunne siliciumlaag vermindert de elektrische veldinterferentie tussen de drain en de source. | Verbeterde stabiliteit van de drempelspanning, geoptimaliseerde subthreshold-helling | Geavanceerde logische chips (<14nm) |
| Verbeterd thermisch beheer | De isolerende laag vermindert de koppeling tussen warmtegeleiding en warmteoverdracht. | 30% minder warmteophoping, 15-25 °C lagere bedrijfstemperatuur. | 3D-IC's, auto-elektronica |
| Hoogfrequente optimalisatie | Verminderde parasitaire capaciteit en verbeterde ladingsdragerbewegelijkheid | 20% lagere vertraging, ondersteunt signaalverwerking boven 30 GHz | mmWave-communicatie, satellietcommunicatiechips |
| Verhoogde ontwerpflexibiliteit | Geen putdoping nodig, ondersteunt back biasing. | 13-20% minder processtappen, 40% hogere integratiedichtheid | Gemengde signaal-IC's, sensoren |
| Lock-up Immuniteit | De isolerende laag isoleert parasitaire PN-verbindingen. | De drempelwaarde voor de latch-upstroom is verhoogd tot >100mA. | Hoogspanningsvermogensapparaten |
Samenvattend zijn de belangrijkste voordelen van SOI: het werkt snel en is energiezuiniger.
Door deze prestatiekarakteristieken vindt SOI brede toepassing in vakgebieden die uitstekende frequentieprestaties en een laag energieverbruik vereisen.
Zoals hieronder weergegeven, blijkt uit het aandeel van de toepassingsgebieden dat overeenkomt met SOI, dat RF- en vermogenscomponenten het overgrote deel van de SOI-markt uitmaken.
| Toepassingsgebied | Marktaandeel |
| RF-SOI (Radiofrequentie) | 45% |
| Power SOI | 30% |
| FD-SOI (Volledig uitgeput) | 15% |
| Optische SOI | 8% |
| Sensor SOI | 2% |
Met de groei van markten zoals mobiele communicatie en autonoom rijden, wordt verwacht dat SOI-siliciumwafers ook een zekere groei zullen blijven vertonen.
XKH, een toonaangevende innovator in Silicon-On-Insulator (SOI) wafertechnologie, levert complete SOI-oplossingen van R&D tot massaproductie met behulp van toonaangevende productieprocessen. Ons complete portfolio omvat 200mm/300mm SOI-wafers in RF-SOI-, Power-SOI- en FD-SOI-varianten, met strenge kwaliteitscontroles die een uitzonderlijke prestatieconsistentie garanderen (dikte-uniformiteit binnen ±1,5%). We bieden oplossingen op maat met een dikte van de begraven oxide (BOX)-laag variërend van 50 nm tot 1,5 μm en diverse resistiviteitsspecificaties om aan specifieke eisen te voldoen. Dankzij 15 jaar technische expertise en een robuuste wereldwijde toeleveringsketen leveren we betrouwbaar hoogwaardige SOI-substraatmaterialen aan toonaangevende halfgeleiderfabrikanten wereldwijd, waardoor baanbrekende chipinnovaties mogelijk worden in 5G-communicatie, auto-elektronica en toepassingen voor kunstmatige intelligentie.
XKH's SOI-wafers:
Geplaatst op: 24 april 2025