مروری بر بسترهای SOI

بستر SOI (Silicon-On-Insulator) ساختاری است که در آن یک لایه عایق اکسید سیلیکون (SiO2) بین یک لایه سیلیکونی بالایی و یک لایه سیلیکونی وارد می شود.بستر سیلیکونیو مدارهای مجتمع بر روی لایه نازک سیلیکونی بالایی ساخته می شوند. این فناوری استفاده از مواد SOI برای ساخت مدارهای مجتمع، فناوری SOI نامیده می شود.

سه فناوری اصلی برای ساخت بستر SOI

1. جداسازی با اکسیژن کاشته شده (SIMOX)

2. SOI باند و اچ بک (BESOI)

3. فناوری برش هوشمند.

مزایای زیرلایه SOI

1. جریان نشتی کم بستر

وجود یک لایه عایق SiO2 به طور موثر ترانزیستور را از بستر سیلیکونی زیرین جدا می کند. این جداسازی جریان ناخواسته را از لایه فعال به زیرلایه کاهش می دهد. جریان نشتی با دما افزایش می یابد، بنابراین قابلیت اطمینان تراشه در محیط های با دمای بالا به طور قابل توجهی بهبود می یابد.

2. کاهش ظرفیت انگلی

به دلیل وجود ظرفیت انگلی، تاخیرهای اضافی به طور اجتناب ناپذیری در انتقال سیگنال ایجاد می شود. استفاده از مواد SOI برای کاهش این ظرفیت‌های انگلی یک روش معمول در تراشه‌های پرسرعت یا کم مصرف است. در مقایسه با تراشه‌های معمولی که با استفاده از فرآیندهای CMOS تولید می‌شوند، تراشه‌های SOI می‌توانند 15 درصد سرعت بالاتر و 20 درصد مصرف انرژی کمتری داشته باشند.

3. جداسازی نویز

در کاربردهای سیگنال مختلط، نویز الکتریکی تولید شده توسط مدارهای دیجیتال ممکن است با مدارهای آنالوگ یا فرکانس رادیویی (RF) تداخل داشته باشد که منجر به کاهش عملکرد کلی سیستم خواهد شد. لایه عایق SiO2 در ساختار SOI لایه سیلیکون فعال را از بستر جدا می کند، بنابراین یک عایق صوتی ذاتی ایجاد می کند. این بدان معنی است که نویز تولید شده توسط مدارهای دیجیتال می تواند به طور موثری از انتشار از طریق بستر به مدارهای آنالوگ حساس جلوگیری شود.

حوزه های کاربردی بستر SOI

1. بخش لوازم الکترونیکی مصرفی

از آنجایی کهبسترهای SOIمی تواند عملکرد دستگاه هایی مانند فیلترهای RF و تقویت کننده های قدرت را به طور قابل توجهی بهبود بخشد و به انتقال سریع سیگنال و مصرف انرژی کمتر دست یابد. آنها به طور گسترده در تولید تراشه برای دستگاه‌های پوشیدنی هوشمند مانند ساعت‌های هوشمند و دستگاه‌های نظارت بر سلامت و ماژول‌های RF جلویی تلفن‌های همراه و تبلت‌ها استفاده می‌شوند.

2. الکترونیک خودرو

به لطف عملکرد عالی برای تحمل شرایط پیچیده الکترومغناطیسی، بسترهای SOI برای ساخت تراشه‌های مدیریت توان خودرو و برنامه‌های کاربردی در سیستم‌های رانندگی خودمختار مناسب هستند.

3. بخش هوافضا و دفاع

بسترهای SOI قابلیت اطمینان و مقاومت قابل توجهی در برابر تداخل تشعشع ارائه می دهند و می توانند نیازهای سختگیرانه تجهیزات ارتباطی ماهواره ای و سیستم های الکترونیکی نظامی را برای دقت و قابلیت اطمینان بالا برآورده کنند.

4. اینترنت اشیا (IoT)

با افزایش حجم داده های اینترنت اشیا، تقاضا برای عملیات کم هزینه و با دقت بالا در حال رشد است. با بهره مندی از مصرف انرژی کم و مزایای عملکرد بالا، بسترهای SOI کاملاً با الزامات اینترنت اشیا مطابقت دارند و به طور گسترده در ساخت تراشه های گره حسگر و تراشه های محاسباتی لبه استفاده می شوند.

5. تجهیزات پزشکی قابل کاشت در زمینه الکترونیک پزشکی

دستگاه هایی مانند ضربان سازها و محرک های عصبی برای مصرف انرژی کم و زیست سازگاری نیازهای بسیار بالایی دارند. مصرف انرژی کم و پایداری بسترهای SOI می تواند عملکرد ایمن درازمدت دستگاه های قابل کاشت را تضمین کند و در عین حال تأثیر آن را بر بدن بیمار به حداقل برساند.