Wafers SOI (silício sobre isolante)representam um material semicondutor especializado com uma camada ultrafina de silício formada sobre uma camada isolante de óxido. Essa estrutura sanduíche exclusiva proporciona melhorias significativas de desempenho para dispositivos semicondutores.
Composição Estrutural:
Camada do dispositivo (silício superior):
Espessura variando de alguns nanômetros a micrômetros, servindo como camada ativa para fabricação de transistores.
Camada de Óxido Enterrada (CAIXA):
Uma camada isolante de dióxido de silício (0,05-15 μm de espessura) que isola eletricamente a camada do dispositivo do substrato.
Substrato base:
Silício a granel (100-500 μm de espessura) fornecendo suporte mecânico.
De acordo com a tecnologia do processo de preparação, as principais rotas de processo de wafers de silício SOI podem ser classificadas como: SIMOX (tecnologia de isolamento por injeção de oxigênio), BESOI (tecnologia de afinamento de ligação) e Smart Cut (tecnologia de decapagem inteligente).
SIMOX (tecnologia de isolamento por injeção de oxigênio) é uma técnica que envolve a injeção de íons de oxigênio de alta energia em wafers de silício para formar uma camada embutida de dióxido de silício, que é então submetida a recozimento de alta temperatura para reparar defeitos de rede. O núcleo recebe injeção direta de íons de oxigênio para formar o oxigênio da camada enterrada.
A BESOI (tecnologia de ligação e afinamento) envolve a união de duas pastilhas de silício e, em seguida, o afinamento de uma delas por meio de trituração mecânica e corrosão química para formar uma estrutura SOI. O núcleo reside na união e no afinamento.
O Smart Cut (tecnologia de esfoliação inteligente) forma uma camada de esfoliação por meio da injeção de íons de hidrogênio. Após a colagem, o tratamento térmico é realizado para esfoliar a lâmina de silício ao longo da camada de íons de hidrogênio, formando uma camada ultrafina de silício. O núcleo é desintegrado por injeção de hidrogênio.
Atualmente, existe outra tecnologia conhecida como SIMBOND (tecnologia de ligação por injeção de oxigênio), desenvolvida pela Xinao. Trata-se, na verdade, de uma rota que combina as tecnologias de isolamento e ligação por injeção de oxigênio. Nessa rota técnica, o oxigênio injetado é usado como uma camada de barreira de afinamento, e a camada de oxigênio enterrada propriamente dita é uma camada de oxidação térmica. Dessa forma, parâmetros como a uniformidade do silício superior e a qualidade da camada de oxigênio enterrada são melhorados simultaneamente.
Os wafers de silício SOI fabricados por diferentes rotas técnicas têm diferentes parâmetros de desempenho e são adequados para diferentes cenários de aplicação.
A seguir, apresentamos uma tabela resumida com as principais vantagens de desempenho dos wafers de silício SOI, combinadas com suas características técnicas e cenários de aplicação reais. Comparado ao silício tradicional em massa, o SOI apresenta vantagens significativas em termos de velocidade e consumo de energia. (Observação: O desempenho do FD-SOI de 22 nm é próximo ao do FinFET, e o custo é reduzido em 30%.)
| Vantagem de desempenho | Princípio Técnico | Manifestação Específica | Cenários típicos de aplicação |
| Baixa Capacitância Parasitária | A camada isolante (BOX) bloqueia o acoplamento de carga entre o dispositivo e o substrato | Velocidade de comutação aumentada em 15%-30%, consumo de energia reduzido em 20%-50% | 5G RF, chips de comunicação de alta frequência |
| Corrente de fuga reduzida | A camada isolante suprime os caminhos de corrente de fuga | Corrente de fuga reduzida em >90%, maior vida útil da bateria | Dispositivos IoT, Eletrônicos vestíveis |
| Dureza de radiação aprimorada | A camada isolante bloqueia o acúmulo de carga induzida pela radiação | A tolerância à radiação melhorou de 3 a 5 vezes, reduzindo transtornos de eventos únicos | Naves espaciais, equipamentos da indústria nuclear |
| Controle de Efeito de Canal Curto | Uma fina camada de silício reduz a interferência do campo elétrico entre o dreno e a fonte | Estabilidade de tensão de limiar aprimorada, inclinação de sublimiar otimizada | Chips lógicos de nó avançados (<14 nm) |
| Gerenciamento térmico aprimorado | Camada isolante reduz o acoplamento de condução térmica | 30% menos acúmulo de calor, temperatura operacional 15-25°C mais baixa | CIs 3D, Eletrônica automotiva |
| Otimização de alta frequência | Capacitância parasitária reduzida e mobilidade de portadora aprimorada | 20% menos atraso, suporta processamento de sinal >30 GHz | Comunicação mmWave, chips de comunicação via satélite |
| Maior flexibilidade de design | Não é necessário dopagem de poço, suporta polarização reversa | 13%-20% menos etapas do processo, 40% mais densidade de integração | CIs de sinal misto, sensores |
| Imunidade de travamento | Camada isolante isola junções PN parasitas | Limite de corrente de travamento aumentado para >100mA | Dispositivos de alta tensão |
Resumindo, as principais vantagens do SOI são: ele é rápido e tem maior eficiência energética.
Devido a essas características de desempenho do SOI, ele tem amplas aplicações em campos que exigem excelente desempenho de frequência e desempenho de consumo de energia.
Conforme mostrado abaixo, com base na proporção de campos de aplicação correspondentes ao SOI, pode-se observar que dispositivos de RF e energia respondem pela grande maioria do mercado de SOI.
| Campo de aplicação | Quota de mercado |
| RF-SOI (Radiofrequência) | 45% |
| Poder SOI | 30% |
| FD-SOI (Totalmente Esgotado) | 15% |
| SOI óptico | 8% |
| Sensor SOI | 2% |
Com o crescimento de mercados como comunicação móvel e direção autônoma, espera-se também que os wafers de silício SOI mantenham uma certa taxa de crescimento.
A XKH, líder em inovação na tecnologia de wafers de Silício sobre Isolante (SOI), oferece soluções completas de SOI, desde a Pesquisa e Desenvolvimento até a produção em massa, utilizando processos de fabricação líderes do setor. Nosso portfólio completo inclui wafers SOI de 200 mm/300 mm, abrangendo variantes RF-SOI, Power-SOI e FD-SOI, com rigoroso controle de qualidade que garante excepcional consistência de desempenho (uniformidade de espessura dentro de ±1,5%). Oferecemos soluções personalizadas com espessuras de camada de óxido enterrado (BOX) variando de 50 nm a 1,5 μm e diversas especificações de resistividade para atender a requisitos específicos. Com 15 anos de experiência técnica e uma robusta cadeia de suprimentos global, fornecemos com confiabilidade materiais de substrato SOI de alta qualidade para fabricantes de semicondutores de primeira linha em todo o mundo, possibilitando inovações de ponta em chips para comunicações 5G, eletrônica automotiva e aplicações de inteligência artificial.
XKH's wafers SOI:
Horário da publicação: 24/04/2025