Создание так называемой структуры SOI (Silicon-On-Isolator или кремний на изоляторе) заключается в нанесении тонкого слоя кремния на изолятор. Эта технология предполагает наличие скрытого оксидного слоя между верхним кремнием и нижней подложкой. Образуя полупроводниковую пленку на изоляторе, материал SOI обладает несравненными преимуществами объемного кремния: он может реализовать диэлектрическую изоляцию компонентов в интегральных схемах и, в конечном итоге, устранить паразитный эффект защелки в объемных кремниевых КМОП-схемах.
С использованием этого материала изготовленная интегральная схема также обладает преимуществами небольшой паразитной емкости, высокой плотности интеграции, высокой скорости, простоты, небольшого эффекта короткого канала и особенно подходит для цепей с низким напряжением и низким энергопотреблением. Таким образом, можно сказать, что SOI, скорее всего, станет основной технологией глубоких субмикронных низковольтных и маломощных интегральных схем. Кроме того, материалы SOI также используются для изготовления оптических переключателей МЭМС, например, с использованием технологии объемной микрообработки.
SOI означает, что структура кремниевого транзистора находится над изолятором. Принцип состоит в том, чтобы добавить изолятор между кремниевыми транзисторами, чтобы паразитную емкость между ними можно было удвоить. Преимущество состоит в том, что для создания энергосберегающей ИС проще увеличить тактовый импульс и уменьшить утечку тока. Некоторые электроны, которые должны были пройти через переключатель, теряются в кремнии. SOI предотвращает потерю электронов. Motorola утверждает, что с использованием SOI у процессоров можно увеличить тактовую частоту на 20% и снизить энергопотребление на 30%. В дополнение к этому можно уменьшить некоторые вредные электрические эффекты. Еще один момент, который, можно сказать, представляет интерес для многих оверклокеров, заключается в том, что его рабочая температура может достигать 300 °C, что снижает проблему перегрева.
SOI имеет следующие преимущества с точки зрения производительности устройства:
- Уменьшение паразитной емкости и увеличение скорости работы. Устройства SOI работают на 20–35% быстрее, чем объемные кремниевые материалы
- Имеет более низкое энергопотребление. За счет снижения паразитной емкости и утечки энергопотребление SOI-устройств можно снизить на 35-70%;
- Устранен эффект защелки
- Помехи импульсного тока подложки подавляются, а возникновение ошибок уменьшается
- Совместим с существующим кремниевым процессом и позволяет сократить время процесса на 13-20%
SOI имеет чрезвычайно широкие перспективы применения в области высокопроизводительных сверхбольших интегральных схем, высокоскоростных запоминающих устройств, схем малой мощности, высокотемпературных датчиков, военных радиационно-стойких устройств, систем мобильной связи, оптоэлектронных интегральных устройств и MEMS. Во всем мире SOI признана «технологией кремниевых интегральных схем XXI века».
В настоящее время широко используемые и перспективные материалы SOI в основном включают материал SIMOX (разделение имплантированным кислородом) для изоляции инжекцией кислорода, материал BESOI (Bonding-Etchback SOI) для соединения кремниевых пластин и обратного травления, а также материал Smart Cut SOI для комбинированного соединения и имплантации. Среди этих трех материалов SIMOX подходит для изготовления тонкопленочных полностью обедненных СБИС, материал BESOI подходит для изготовления частично обедненных интегральных схем, а материал Smart Cut является очень многообещающим материалом SOI, который, вероятно, станет основным направлением материалов SOI в будущее.
© digitrode.ru