Tā kā tradicionālā ierīču mērogošana saskaras ar fundamentāliem ierobežojumiem, inovācija tiek virzīta uz substrāta līmeni. Šajā rakstā ir apskatīta silīcija-uz-izolatora (SOI) un sasprindzināta silīcija plāksnīšu galvenā loma, nodrošinot nākamās paaudzes augstas-veiktspējas, zemas-jaudas un rad-cietās integrālās shēmas. Tā ir paredzēta pētniecības un izstrādes direktoriem, produktu arhitektiem un stratēģiskiem pircējiem tādās nozarēs kā augstas veiktspējas skaitļošana, IoT un kosmosa nozare, un tā sniedz tehnisku dziļu ieskatu SOI ražošanas metodēs (SIMOX, Smart Cut™), to priekšrocībās salīdzinājumā ar lielapjoma silīciju un jaunām RF-SOI lietojumprogrammām. Parādot zināšanas par uzlabotiem substrātiem, piemēram, SOI un epitaksiālajiem pakalpojumiem (SOS, GaN{10}}on-Si), šis saturs pozicionē Sibranch kā novatoru un būtisku partneri uzņēmumiem, kas projektē ārpus lielapjoma silīcija ierobežojumiem.
Ievads: kad ar lielapjoma silīciju nepietiek
Mūra likuma nerimstošo gājienu veicināja lielapjoma silīcija plātņu tranzistori. Tomēr progresīvos mezglos pats lielapjoma substrāts kļūst par ierobežojumu avotu: strāvas noplūde, parazitārā kapacitāte, bloķēšana{1}}un starojuma radītās mīkstās kļūdas. Nākamās -paaudzes mikroshēmu-konstruētājiem — neatkarīgi no tā, vai tie ir energoefektīvi- IoT sensori, ātrdarbīgi- serveru procesori vai uzticama satelīta elektronika-, risinājums ir ne tikai tranzistora dizains, bet arī zem tā. Inženierizētu substrātu apvērsums, ko vada Silicon-on-Izolator (SOI) tehnoloģija, nodrošina jaunu materiālu pamatu IC nākotnei.
1. nodaļa: SOI izsaiņošana: uzbūve un atslēgu izgatavošanas metodes
SOI vafele ir sviestmaižu struktūra: plāns, augšējais viena -kristāla silīcija slānis (ierīces slānis) ir atdalīts no lielapjoma silīcija vafeles ar silīcija dioksīda slāni (BOX).
Šī arhitektūra tiek panākta, izmantojot divas galvenās metodes:
Atdalīšana, implantējot skābekli (SIMOX): lielas -devas skābekļa jonu implantācija silīcija plāksnē, kam seko atkvēlināšana augstā-temperatūra, veido nepārtrauktu apraktu SiO₂ slāni. Šī metode nodrošina lielisku silīcija augšējā biezuma kontroli.
Smart Cut™ process: šī nozarē{0}}dominējošā tehnika ietver:
"Donora" vafeles oksidēšana, veidojot BOX slāni.
Ūdeņraža jonu implantēšana, lai zem virsmas izveidotu novājinātu plakni.
Šīs donora vafeles pielīmēšana pie "roktura" vafeles.
Pielietojot precīzu šķelšanas enerģiju, lai sadalītu donora plāksni ūdeņraža plaknē, atstājot plānu silīcija kārtiņu uz roktura vafeles.
Donoru plāksnīti var pārstrādāt, padarot procesu izmaksu{0}}efektīvu. Smart Cut™ process ir slavens ar to, ka tiek ražotas vafeles ar izcilu viendabīgumu un kristāla kvalitāti augšējā silīcija slānī, kas ir ļoti svarīgi augstas -ražības ražošanai.
2. nodaļa: Dividende par rezultātiem: kāpēc SOI uzvar
Vienkārša izolācijas BOX slāņa ievietošana sniedz dziļas elektriskās priekšrocības:
- Krasi samazināta parazitārā kapacitāte: BOX slānis izolē aktīvās ierīces no vadoša substrāta, samazinot avota/notekas-uz-ķermeņa kapacitāti. Tas nozīmē lielāku pārslēgšanās ātrumu un mazāku dinamisko enerģijas patēriņu-, kas ir galvenā priekšrocība augstas-frekvences procesoriem un ar akumulatoru{5}} darbināmām ierīcēm.
- Aizbīdņa-uzcelšanas likvidēšana: lielapjoma CMOS gadījumā parazitāra tiristoru struktūra var izraisīt destruktīvu augstas{1}}strāvas stāvokli (fiksēšanas-uz augšu). Izolācijas kārba SOI fiziski pārtrauc šo ceļu, padarot ķēdes pēc būtības nofiksējamas-savienojoties-un uzticamākas.
- Perfekta izolācija un noplūdes kontrole: BOX nodrošina izcilu dielektrisko izolāciju starp blakus esošajiem tranzistoriem, nodrošinot stingrāku blīvējuma blīvumu un samazinot noplūdes strāvas, kas ir ļoti svarīgi īpaši -mazjaudas-konstrukcijām.
- Paaugstināta starojuma izturība: plānais ierīces slānis samazina jonizējošā starojuma daļiņu lādiņu savākšanas apjomu, padarot SOI ķēdes dabiski izturīgākas pret atsevišķiem notikumiem (SEU), kas ir būtiska prasība kosmosa, automobiļu un medicīnas lietojumos.
3. nodaļa: SOI varianti un to mērķprogrammas
SOI nav monolīta tehnoloģija; tā ir platforma, kas pielāgota dažādiem tirgiem:
- Daļēji noplicināts (PD-SOI): ir biezāks ierīces slānis (parasti > 100nm). Tas piedāvā ievērojamas ātruma un jaudas priekšrocības salīdzinājumā ar lielapjoma apjomu, un tas ir veiksmīgi izmantots augstas veiktspējas -mikroprocesoros un spēļu konsolēs.
- Pilnībā noplicināts (FD-SOI): izmanto īpaši-plānu ierīces slāni (parasti <20nm) un plānu BOX. Visā kanālā ir izsmelti nesēji, kas piedāvā izcilu elektrostatisko vadību. FD-SOI ir čempions enerģijas-veiktspējas kompromisā-, kas nodrošina īpaši-zema-sprieguma darbību (IoT un valkājamām ierīcēm) vai īpaši{10}}paaugstinātu veiktspēju pie mēreniem spriegumiem, turklāt ar vienkāršāku un lētāku izgatavošanu nekā FinFET līdzvērtīgos mezglos.
- RF-SOI: dominējošais viedtālruņa RF{1}}priekšgala moduļu (slēdži, uztvērēji, LNA) substrāts. Augstas -pretestības roktura vafele apvienojumā ar BOX nodrošina izcilu izolāciju, kas nodrošina mazāku signāla zudumu, augstāku linearitāti un spēju integrēt pasīvos komponentus-, ļaujot 5G tālruņos izmantot sarežģītas vairāku-joslu un vairāku{6}}antenu sistēmas.
4. nodaļa: Ārpus SOI: Epitaksijas robeža specializētām lietojumprogrammām
Substrāta inženierijas paradigma pārsniedz SOI. Uzlabotie epitaksiālie pakalpojumi uzklāj atsevišķus citu materiālu{1}}kristālu slāņus uz optimizētiem substrātiem, radot unikālas īpašības:
- SOS (Silīcijs{0}}uz-safīra): silīcijs, kas epitaksiski audzēts uz izolējošas safīra plāksnes. Tas piedāvā vēl lielāku starojuma cietību un RF veiktspēju nekā SOI, ko izmanto ekstremālos apstākļos un augstas-frekvences militārajos sakaros.
- Silīcija
- Sasprindzināts silīcijs: Plāna silīcija slāņa audzēšana uz atslābināta silīcija germānija (SiGe) bufera slāņa izstiepj silīcija kristāla režģi, palielinot elektronu mobilitāti. Šis "saspīlēta silīcija" paņēmiens ir bijis galvenais veiktspējas pastiprinātājs loģikas mezglos vairāk nekā desmit gadus.
Partnerība Substrate{0}}Led Innovation
Lai pārvietotos šajā inženierijas substrātu ainavā, ir nepieciešams vairāk nekā standarta vafeļu piegādātājs; tam nepieciešams tehnoloģiju attīstības partneris. Tāds uzņēmums kā Sibranch Microelectronics ar dziļām zināšanām par SOI plāksnēm un visaptverošiem epitaksiālajiem pakalpojumiem (tostarp SOS un GaN) nodrošina būtisku tiltu starp substrātu jauninājumiem un jūsu dizaina komandu. Mūsu spēja nodrošināt ne tikai uzlabotās vafeles, bet arī saistītās tehniskās konsultācijas par tādiem parametriem kā ierīces slāņa biezums, BOX biezums un roktura vafeļu pretestība nodrošina, ka jūsu inovatīvās shēmas tiek veidotas uz vispiemērotākā un optimizētā pamata. Šī sadarbība ir būtiska, lai atraisītu visu substrāta inženierijas potenciālu jūsu nākamajam revolucionārajam produktam.
Secinājums: nākotnes mikroshēmu pamats
Tā kā pusvadītāju rūpniecība atšķiras ar specializētām skaitļošanām, visuresošajiem sensoriem un uzlabotām savienojamībām, viena -izmēra-piemērots- substrāta pieeja ir novecojusi. SOI un saistītie inženiertehniskie substrāti ir spēcīgs rīku komplekts, lai pārvarētu lielapjoma silīcija fiziskās robežas. Apgūstot šos materiālus, mikroshēmu dizaineri un ražotāji var sasniegt izšķirošas veiktspējas, jaudas un integrācijas priekšrocības. Piegādātāja izvēle ar tehnisku dziļumu, lai vadītu un atbalstītu šo substrāta{6}}līmeņa inovāciju, vairs nav iepirkuma lēmums-tas ir stratēģisks ieguldījums jūsu tehnoloģiju ceļveža nākotnē.