SOI (Silicon-On-Insulator) wafersvertegenwoordigt een gespecialiseerd halfgeleidermateriaal met een ultradunne siliciumlaag bovenop een isolerende oxidelaag. Deze unieke sandwichstructuur levert aanzienlijke prestatieverbeteringen op voor halfgeleiderapparaten.
Structurele samenstelling:
Apparaatlaag (bovenste silicium):
Dikte variërend van enkele nanometers tot micrometers. Deze laag dient als actieve laag voor de fabricage van transistors.
Begraven oxidelaag (BOX):
Een isolerende siliciumdioxidelaag (0,05-15 μm dik) die de apparaatslaag elektrisch isoleert van het substraat.
Basis substraat:
Bulksilicium (100-500μm dik) biedt mechanische ondersteuning.
Afhankelijk van de technologie van het voorbereidingsproces kunnen de belangrijkste procesroutes voor SOI-siliciumwafers als volgt worden geclassificeerd: SIMOX (isolatietechnologie door middel van zuurstofinjectie), BESOI (technologie voor het verdunnen van bindingen) en Smart Cut (intelligente striptechnologie).
SIMOX (Oxygen Injection Isolation Technology) is een techniek waarbij hoogenergetische zuurstofionen in siliciumwafers worden geïnjecteerd om een ingebedde laag siliciumdioxide te vormen. Deze laag wordt vervolgens onder hoge temperatuur gegloeid om roosterdefecten te herstellen. De kern bestaat uit directe zuurstofinjectie om een begraven laag zuurstof te vormen.
BESOI (Bonding Thinning Technology) omvat het verbinden van twee siliciumwafers en het vervolgens verdunnen van één ervan door middel van mechanisch slijpen en chemisch etsen om een SOI-structuur te vormen. De kern ligt in verbinden en verdunnen.
Smart Cut (Intelligent Exfoliation Technology) vormt een exfoliatielaag door middel van waterstofioneninjectie. Na het verlijmen vindt een warmtebehandeling plaats om de siliciumwafer langs de waterstofionenlaag te exfoliëren, waardoor een ultradunne siliciumlaag ontstaat. De kern bestaat uit waterstofinjectiestripping.
Momenteel bestaat er een andere technologie, bekend als SIMBOND (zuurstofinjectiebindingstechnologie), die is ontwikkeld door Xinao. Het is in feite een route die zuurstofinjectie-isolatie en bindingstechnologieën combineert. In deze technische route wordt de geïnjecteerde zuurstof gebruikt als een dunnere barrièrelaag, terwijl de eigenlijke begraven zuurstoflaag een thermische oxidatielaag vormt. Hierdoor worden tegelijkertijd parameters zoals de uniformiteit van het silicium en de kwaliteit van de begraven zuurstoflaag verbeterd.
SOI-siliciumwafers die via verschillende technische routes worden geproduceerd, hebben verschillende prestatieparameters en zijn geschikt voor verschillende toepassingsscenario's.
Hieronder volgt een samenvattende tabel met de belangrijkste prestatievoordelen van SOI-siliciumwafers, gecombineerd met hun technische kenmerken en actuele toepassingsscenario's. Vergeleken met traditioneel bulksilicium biedt SOI aanzienlijke voordelen wat betreft snelheid en stroomverbruik. (PS: De prestaties van 22nm FD-SOI liggen dicht bij die van FinFET en de kosten zijn met 30% verlaagd.)
| Prestatievoordeel | Technisch principe | Specifieke manifestatie | Typische toepassingsscenario's |
| Lage parasitaire capaciteit | Isolatielaag (BOX) blokkeert ladingskoppeling tussen apparaat en substraat | Schakelsnelheid verhoogd met 15%-30%, stroomverbruik verlaagd met 20%-50% | 5G RF, hoogfrequente communicatiechips |
| Verminderde lekstroom | Isolatielaag onderdrukt lekstroompaden | Lekstroom met >90% verminderd, langere levensduur van de batterij | IoT-apparaten, draagbare elektronica |
| Verbeterde stralingshardheid | Isolatielaag blokkeert door straling veroorzaakte ladingsaccumulatie | De stralingstolerantie verbeterde 3-5x, verminderde eenmalige verstoringen | Ruimtevaartuigen, apparatuur voor de nucleaire industrie |
| Controle van het korte-kanaalseffect | Dunne siliciumlaag vermindert elektrische veldinterferentie tussen afvoer en bron | Verbeterde drempelspanningsstabiliteit, geoptimaliseerde subdrempelhelling | Geavanceerde knooppuntlogica-chips (<14nm) |
| Verbeterd thermisch beheer | Isolatielaag vermindert thermische geleidingskoppeling | 30% minder warmteaccumulatie, 15-25°C lagere bedrijfstemperatuur | 3D IC's, Auto-elektronica |
| Hoogfrequente optimalisatie | Verminderde parasitaire capaciteit en verbeterde dragermobiliteit | 20% lagere vertraging, ondersteunt >30GHz signaalverwerking | mmWave-communicatie, satellietcommunicatiechips |
| Verhoogde ontwerpflexibiliteit | Geen goede doping nodig, ondersteunt back biasing | 13%-20% minder processtappen, 40% hogere integratiedichtheid | Gemengde-signaal-IC's, sensoren |
| Latch-up immuniteit | Isolatielaag isoleert parasitaire PN-overgangen | De drempelwaarde voor de latch-up-stroom is verhoogd naar >100 mA | Hoogspanningsapparaten |
Samenvattend zijn de belangrijkste voordelen van SOI: het is sneller en energiezuiniger.
Dankzij deze prestatiekenmerken kent SOI een breed scala aan toepassingen in sectoren waar uitstekende frequentieprestaties en stroomverbruiksprestaties vereist zijn.
Zoals hieronder wordt weergegeven, blijkt uit het aandeel toepassingsgebieden dat overeenkomt met SOI, dat RF- en vermogensapparaten 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% |
Naarmate markten zoals mobiele communicatie en autonoom rijden groeien, wordt verwacht dat SOI-siliciumwafers ook een zekere groei zullen doormaken.
XKH, een toonaangevende innovator in Silicon-On-Insulator (SOI) wafertechnologie, levert uitgebreide SOI-oplossingen van R&D tot volumeproductie, gebruikmakend van toonaangevende productieprocessen. Ons complete portfolio omvat 200mm/300mm SOI-wafers, variërend van RF-SOI, Power-SOI en FD-SOI, met strenge kwaliteitscontrole die zorgt voor een uitzonderlijke consistente prestatie (dikte-uniformiteit binnen ±1,5%). We bieden oplossingen op maat met begraven oxidelaagdiktes (BOX) van 50 nm tot 1,5 μm en diverse weerstandsspecificaties 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, wat baanbrekende chipinnovaties mogelijk maakt in 5G-communicatie, auto-elektronica en toepassingen met kunstmatige intelligentie.
XKH'SOI-wafers:
Plaatsingstijd: 24-04-2025