SOI là gì?

SOI, viết tắt của Silicon-On-Insulator, là một quy trình sản xuất chất bán dẫn dựa trên vật liệu nền đặc biệt. Kể từ khi công nghiệp hóa vào những năm 1980, công nghệ này đã trở thành một nhánh quan trọng của quy trình sản xuất chất bán dẫn tiên tiến. Được phân biệt bởi cấu trúc hỗn hợp ba lớp độc đáo, quy trình SOI là một bước tiến đáng kể so với quy trình silicon số lượng lớn truyền thống.

Bao gồm một lớp thiết bị silicon đơn tinh thể, một lớp cách điện silicon dioxide (còn được gọi là lớp oxit chôn, BOX) và chất nền silicon,bánh quế SOItạo ra một môi trường điện độc lập và ổn định. Mỗi lớp hoàn thành một vai trò riêng biệt nhưng bổ sung cho nhau trong việc đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của tấm bán dẫn:

1.Lớp thiết bị silicon đơn tinh thể trên cùng, thường có độ dày từ 5 nm đến 2 μm, đóng vai trò là khu vực trung tâm để tạo ra các thiết bị hoạt động như bóng bán dẫn. Độ siêu mỏng của nó là nền tảng để cải thiện hiệu suất và thu nhỏ thiết bị.

2. Chức năng chính của lớp oxit chôn ở giữa là đạt được sự cách ly điện. Lớp BOX ngăn chặn hiệu quả các kết nối điện giữa lớp thiết bị và chất nền bên dưới bằng cách sử dụng cả cơ chế cách ly vật lý và hóa học, với độ dày của nó thường dao động từ 5nm đến 2μm.

3.Đối với chất nền silicon phía dưới, chức năng chính của nó là mang lại độ chắc chắn về cấu trúc và hỗ trợ cơ học ổn định, đây là những đảm bảo quan trọng cho độ tin cậy của tấm bán dẫn trong quá trình sản xuất và sử dụng sau này. Về độ dày, nó thường nằm trong khoảng từ 200μm đến 700μm.

Ưu điểm của wafer SOI

1.Tiêu thụ điện năng thấp

Sự hiện diện của lớp cách điện trongtấm SOIgiảm dòng điện rò rỉ và điện dung, góp phần giảm mức tiêu thụ điện năng tĩnh và động của thiết bị.

2. Khả năng chống bức xạ

Lớp cách điện trong tấm wafer SOI có thể che chắn hiệu quả các tia vũ trụ và nhiễu điện từ, tránh tác động của môi trường khắc nghiệt đến độ ổn định của thiết bị, giúp thiết bị có thể hoạt động ổn định trong các lĩnh vực đặc biệt như hàng không vũ trụ và công nghiệp hạt nhân.

3. Hiệu suất tần số cao tuyệt vời

Thiết kế lớp cách điện làm giảm đáng kể các tác động ký sinh không mong muốn do sự tương tác giữa thiết bị và chất nền. Việc giảm điện dung ký sinh làm giảm độ trễ của các thiết bị SOI trong xử lý tín hiệu tần số cao (chẳng hạn như truyền thông 5G), từ đó cải thiện hiệu quả hoạt động.

4.Thiết kế linh hoạt

Chất nền SOI có tính năng cách ly điện môi vốn có, loại bỏ nhu cầu cách ly rãnh pha tạp, giúp đơn giản hóa quy trình sản xuất và cải thiện năng suất sản xuất.

Ứng dụng công nghệ SOI

1. Lĩnh vực điện tử tiêu dùng: Mô-đun mặt trước RF dành cho điện thoại thông minh (chẳng hạn như bộ lọc 5G).

2. Lĩnh vực điện tử ô tô: Chip radar cấp ô tô.

3.Không gian vũ trụ: Thiết bị liên lạc vệ tinh.

4. Lĩnh vực thiết bị y tế: cảm biến y tế cấy ghép, chip giám sát năng lượng thấp.