Tấm wafer SOI (Silicon-On-Insulator)là một vật liệu bán dẫn chuyên dụng với lớp silicon siêu mỏng được hình thành trên lớp oxit cách điện. Cấu trúc bánh sandwich độc đáo này mang lại hiệu suất cải tiến đáng kể cho các thiết bị bán dẫn.
Thành phần cấu trúc:
Lớp thiết bị (Silicon trên cùng):
Độ dày dao động từ vài nanomet đến micromet, đóng vai trò là lớp hoạt động để chế tạo bóng bán dẫn.
Lớp oxit chôn vùi (BOX):
Lớp cách điện silicon dioxide (dày 0,05-15μm) có tác dụng cách điện lớp thiết bị với chất nền.
Chất nền cơ bản:
Silic khối (dày 100-500μm) cung cấp hỗ trợ cơ học.
Theo công nghệ quy trình chuẩn bị, các tuyến quy trình chính của wafer silicon SOI có thể được phân loại thành: SIMOX (công nghệ cô lập phun oxy), BESOI (công nghệ làm mỏng liên kết) và Smart Cut (công nghệ tách thông minh).
SIMOX (Công nghệ cách ly phun oxy) là một kỹ thuật bao gồm việc phun các ion oxy năng lượng cao vào các tấm wafer silicon để tạo thành một lớp silicon dioxide nhúng, sau đó được ủ ở nhiệt độ cao để sửa chữa các khuyết tật mạng tinh thể. Lõi được phun oxy ion trực tiếp để tạo thành lớp oxy chôn vùi.
Công nghệ BESOI (Công nghệ liên kết mỏng) liên quan đến việc liên kết hai tấm wafer silicon, sau đó làm mỏng một trong số chúng bằng phương pháp mài cơ học và khắc hóa học để tạo thành cấu trúc SOI. Cốt lõi nằm ở việc liên kết và làm mỏng.
Smart Cut (Công nghệ tẩy tế bào chết thông minh) tạo ra một lớp tẩy tế bào chết bằng cách phun ion hydro. Sau khi liên kết, xử lý nhiệt được thực hiện để tẩy tế bào chết wafer silicon dọc theo lớp ion hydro, tạo thành một lớp silicon siêu mỏng. Cốt lõi là quá trình tách lớp bằng phun hydro.
Hiện nay, có một công nghệ khác được gọi là SIMBOND (công nghệ liên kết phun oxy), do Xinao phát triển. Trên thực tế, đây là một lộ trình kết hợp công nghệ cô lập và liên kết phun oxy. Trong lộ trình kỹ thuật này, oxy phun được sử dụng làm lớp chắn mỏng, còn lớp oxy chôn thực tế là lớp oxy hóa nhiệt. Do đó, nó đồng thời cải thiện các thông số như độ đồng đều của silicon trên cùng và chất lượng của lớp oxy chôn.
Các tấm wafer silicon SOI được sản xuất theo các phương pháp kỹ thuật khác nhau có các thông số hiệu suất khác nhau và phù hợp với các tình huống ứng dụng khác nhau.
Sau đây là bảng tóm tắt các ưu điểm hiệu suất cốt lõi của wafer silicon SOI, kết hợp với các đặc tính kỹ thuật và tình huống ứng dụng thực tế. So với silicon khối truyền thống, SOI có lợi thế đáng kể về cân bằng giữa tốc độ và mức tiêu thụ điện năng. (Lưu ý: Hiệu suất của FD-SOI 22nm gần bằng FinFET, và chi phí giảm 30%).
| Lợi thế về hiệu suất | Nguyên lý kỹ thuật | Biểu hiện cụ thể | Các tình huống ứng dụng điển hình |
| Điện dung ký sinh thấp | Lớp cách điện (BOX) ngăn chặn sự ghép nối điện tích giữa thiết bị và chất nền | Tốc độ chuyển mạch tăng 15%-30%, điện năng tiêu thụ giảm 20%-50% | 5G RF, Chip truyền thông tần số cao |
| Giảm dòng rò rỉ | Lớp cách điện ngăn chặn đường dẫn dòng điện rò rỉ | Dòng điện rò rỉ giảm >90%, kéo dài tuổi thọ pin | Thiết bị IoT, Thiết bị điện tử đeo được |
| Độ cứng bức xạ tăng cường | Lớp cách điện ngăn chặn sự tích tụ điện tích do bức xạ gây ra | Khả năng chịu đựng bức xạ được cải thiện 3-5 lần, giảm thiểu các sự cố đơn lẻ | Tàu vũ trụ, Thiết bị công nghiệp hạt nhân |
| Kiểm soát hiệu ứng kênh ngắn | Lớp silicon mỏng làm giảm nhiễu điện trường giữa cực thoát và cực nguồn | Cải thiện độ ổn định điện áp ngưỡng, tối ưu hóa độ dốc dưới ngưỡng | Chip logic nút nâng cao (<14nm) |
| Quản lý nhiệt được cải thiện | Lớp cách điện làm giảm sự kết nối dẫn nhiệt | Giảm 30% nhiệt tích tụ, nhiệt độ hoạt động thấp hơn 15-25°C | IC 3D, Điện tử ô tô |
| Tối ưu hóa tần số cao | Giảm điện dung ký sinh và tăng cường khả năng di chuyển của hạt mang | Độ trễ thấp hơn 20%, hỗ trợ xử lý tín hiệu >30GHz | Truyền thông mmWave, Chip truyền thông vệ tinh |
| Tăng tính linh hoạt trong thiết kế | Không cần doping giếng, hỗ trợ phân cực ngược | Giảm 13%-20% các bước xử lý, mật độ tích hợp cao hơn 40% | IC tín hiệu hỗn hợp, Cảm biến |
| Miễn dịch bám dính | Lớp cách điện cô lập các mối nối PN ký sinh | Ngưỡng dòng điện chốt tăng lên >100mA | Thiết bị điện cao thế |
Tóm lại, ưu điểm chính của SOI là: chạy nhanh và tiết kiệm điện hơn.
Nhờ những đặc tính hiệu suất này của SOI, nó có ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực đòi hỏi hiệu suất tần số và hiệu suất tiêu thụ điện năng tuyệt vời.
Như thể hiện bên dưới, dựa trên tỷ lệ các lĩnh vực ứng dụng tương ứng với SOI, có thể thấy rằng các thiết bị RF và nguồn điện chiếm phần lớn thị trường SOI.
| Lĩnh vực ứng dụng | Thị phần |
| RF-SOI (Tần số vô tuyến) | 45% |
| SOI điện | 30% |
| FD-SOI (Đã cạn kiệt hoàn toàn) | 15% |
| SOI quang học | 8% |
| Cảm biến SOI | 2% |
Với sự phát triển của các thị trường như truyền thông di động và lái xe tự động, wafer silicon SOI cũng được kỳ vọng sẽ duy trì tốc độ tăng trưởng nhất định.
Là nhà tiên phong hàng đầu trong công nghệ wafer Silicon-On-Insulator (SOI), XKH cung cấp các giải pháp SOI toàn diện từ khâu nghiên cứu và phát triển (R&D) đến sản xuất hàng loạt, sử dụng các quy trình sản xuất hàng đầu trong ngành. Danh mục sản phẩm hoàn chỉnh của chúng tôi bao gồm các wafer SOI 200mm/300mm, trải dài từ RF-SOI, Power-SOI và FD-SOI, với quy trình kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt, đảm bảo tính nhất quán về hiệu suất vượt trội (độ đồng đều về độ dày trong khoảng ±1,5%). Chúng tôi cung cấp các giải pháp tùy chỉnh với độ dày lớp oxit chôn (BOX) từ 50nm đến 1,5μm và nhiều thông số kỹ thuật điện trở suất khác nhau để đáp ứng các yêu cầu cụ thể. Với 15 năm kinh nghiệm kỹ thuật và chuỗi cung ứng toàn cầu vững mạnh, chúng tôi cung cấp vật liệu nền SOI chất lượng cao một cách đáng tin cậy cho các nhà sản xuất bán dẫn hàng đầu trên toàn thế giới, tạo điều kiện cho những cải tiến chip tiên tiến trong lĩnh vực truyền thông 5G, điện tử ô tô và các ứng dụng trí tuệ nhân tạo.
XKH's wafer SOI:
Thời gian đăng: 24-04-2025