Kuna traditsioonilisel seadme skaleerimisel on põhimõttelised piirangud, on innovatsioon nihkumas substraadi tasemele. See artikkel uurib räni-on-isolaatoril (SOI) ja pingestatud räniplaatide pöördelist rolli suure-jõudlusega, väikese-võimsusega ja rad-kõva integraallülituste järgmise põlvkonna võimaldamisel. See on suunatud teadus- ja arendusdirektoritele, tootearhitektidele ja strateegilistele ostjatele sellistes sektorites nagu suure jõudlusega andmetöötlus, asjade internet ja kosmosetööstus ning see pakub tehnilist põhjalikku sukeldumist SOI tootmismeetoditesse (SIMOX, Smart Cut™), nende eelistesse hulgiräni ees ning RF-SOIi uutesse rakendustesse. Esitledes teadmisi täiustatud substraatide, nagu SOI ja epitaksiaalteenuste (SOS, GaN{10}}on-Si) alal, positsioneerib see sisu Sibranchi uuendaja ja olulise partnerina ettevõtetele, kes projekteerivad väljaspool hulgiräni piire.
Sissejuhatus: kui silikoonist ei piisa
Moore'i seaduse järeleandmatut marssi on soodustanud silikoonvahvlite mastaapsed transistorid. Täiustatud sõlmedes muutub aga põhisubstraat ise piirangute allikaks: vooluleke, parasiitmahtuvus, lukustus{1}}ja kiirgusest tulenevad pehmed vead. Järgmise-põlvkonna kiipide,-kas energiatõhusate{{5}IoT-andurite, ülikiirete-serveriprotsessorite või usaldusväärse satelliitelektroonika-disainerite jaoks ei peitu lahendus mitte ainult transistori disainis, vaid ka selle all. Revolutsioon konstrueeritud substraatides, mille juhiks on Silicon{9}}on{10}}Isolator (SOI) tehnoloogia, loob IC-de tuleviku jaoks uue materjali aluse.
1. peatükk: SOI lahtipakkimine: ehitus ja võtmete valmistamise meetodid
SOI vahvel on sandwich-struktuur: õhuke ülemine ühe-kristallilise räni kiht (seadme kiht) eraldatakse silikoonkäepidemega vahvlist maetud ränidioksiidikihiga (BOX).
See arhitektuur saavutatakse kahe peamise meetodi abil:
Eraldamine hapniku implantatsiooniga (SIMOX): hapnikuioonide suures annuses siirdamine räniplaadile, millele järgneb kõrgel temperatuuril -anniilimine, moodustab pideva maetud SiO₂ kihi. See meetod tagab suurepärase kontrolli ülemise räni paksuse üle.
Smart Cut™ protsess: see tööstuses{0}}domineeriv tehnika hõlmab järgmist:
"Doonor" vahvli oksüdeerimine BOX kihi moodustamiseks.
Vesinikuioonide istutamine, et luua pinna alla nõrgenenud tasapind.
Selle doonorvahvli ühendamine "käepidemega" vahvliga.
Täpse lõhustamisenergia rakendamine doonorvahvli poolitamiseks vesiniku tasandil, jättes käepidemega vahvlile õhukese ränikihi.
Doonorvahvlit saab taaskasutada, mis muudab protsessi kulu{0}}efektiivseks. Smart Cut™ protsess on tuntud selle poolest, et toodab vahvleid, mille pealmine ränikiht on erakordselt ühtlane ja kristallkvaliteediga, mis on suure tootliku{2}}tootmise jaoks ülioluline.
2. peatükk: Tulemuslikkuse dividend: miks SOI võidab
Isolatsiooni BOX kihi lihtne sisestamine annab põhjalikud elektrilised eelised:
- Drastiliselt vähendatud parasiitmahtuvus: BOX-kiht isoleerib aktiivsed seadmed juhtivast substraadist, vähendades allika/äravoolu-keha mahtuvuseni-. See tähendab otse suuremat lülituskiirust ja väiksemat dünaamilist energiatarbimist-, mis on kõrgsagedusprotsessorite ja{4}}akutoitel{5}}seadmete peamine eelis.
- Luku -üles eemaldamine: hulgi-CMOS-is võib parasiittüristori struktuur käivitada hävitava kõrge-voolu (riivis-üles). SOI-s olev isolatsioonikarp katkestab selle tee füüsiliselt, muutes vooluahelad oma olemuselt-kindel-kindlaks ja töökindlamaks.
- Täiuslik isolatsioon ja lekkekontroll: BOX tagab suurepärase dielektrilise isolatsiooni kõrvuti asetsevate transistoride vahel, võimaldades suuremat tihendustihedust ja minimeerida lekkevoolusid, mis on ülimalt{0}}madala võimsusega-konstruktsioonide puhul ülimalt oluline.
- Täiustatud kiirgustugevus: õhuke seadmekiht vähendab ioniseeriva kiirguse osakeste laengu kogumise mahtu, muutes SOI-ahelad loomulikult vastupidavamaks üksikjuhtumite häiretele (SEU-d), mis on kosmose-, auto- ja meditsiinirakenduste jaoks kriitiline nõue.
3. peatükk: SOI variandid ja nende sihitud rakendused
SOI ei ole monoliitne tehnoloogia; see on erinevatele turgudele kohandatud platvorm:
- Osaliselt tühjenenud (PD-SOI): sellel on paksem seadmekiht (tavaliselt > 100 nm). See pakub hulgi ees märkimisväärseid kiiruse ja võimsuse eeliseid ning seda on edukalt kasutatud suure jõudlusega-mikroprotsessorites ja mängukonsoolides.
- Täielikult tühjenenud (FD-SOI): kasutab üliõhukest seadmekihti (tavaliselt < 20 nm) ja õhukest BOXi. Kogu kanal on kandjatest tühjenenud, pakkudes suurepärast elektrostaatilist juhtimist. FD-SOI on energia-jõudluse kompromissi-tšempion, võimaldades ülimalt-madala-pingega töötamist (IoT ja kantavate seadmete jaoks) või ülimalt{10}}suurendatud jõudlust mõõduka pinge juures – seda kõike lihtsama ja odavama valmistamisega kui FinFET-id samaväärsetes sõlmedes.
- RF-SOI: domineeriv substraat nutitelefoni RF{1}}esimoodulite (lülitid, tuunerid, LNA-d) jaoks. Suure -takistusega käepidemevahvel koos BOXiga tagab suurepärase isolatsiooni, mille tulemuseks on väiksem signaalikadu, suurem lineaarsus ja võimalus integreerida passiivseid komponente-, võimaldades 5G-telefonides keerukaid mitme-riba ja mitme{6}}antennisüsteeme.
4. peatükk: väljaspool SOI-d: erirakenduste epitaksiaalne piir
Substraadi projekteerimise paradigma ulatub kaugemale SOI-st. Täiustatud epitaksiaalteenused ladestavad optimeeritud substraatidele üksikud{1}}kristallkihid muudest materjalidest, luues ainulaadsed omadused:
- SOS (Silicon{0}}on-Sapphire): räni, mis on epitaksiaalselt kasvatatud isoleerival safiirplaadil. See pakub veelgi suuremat kiirgustugevust ja raadiosageduslikku jõudlust kui SOI, mida kasutatakse äärmuslikes keskkondades ja kõrgsageduslikes{3}}sõjalistes sides.
- GaN-on-Räni: räniplaatidel olevad galliumnitriidi epitaksiaalsed kihid võimaldavad kõrge-tõhususega, suure-võimsusega RF-võimendeid ja kiiret-laadivat jõuelektroonikat madalama hinnaga kui GaN-on-SiC.
- Pingeline räni: õhukese ränikihi kasvatamine lõdvestunud räni-germaaniumi (SiGe) puhverkihil venitab räni kristallvõre, suurendades elektronide liikuvust. See "pingutatud räni" tehnika on olnud loogiliste sõlmede peamiseks jõudluse suurendajaks juba üle kümne aasta.
Substrate{0}}Led Innovationi partnerlus
Sellel konstrueeritud substraatide maastikul navigeerimine nõuab enamat kui tavaline vahvlitarnija; selleks on vaja tehnoloogiaarenduspartnerit. Selline ettevõte nagu Sibranch Microelectronics oma sügavate teadmistega SOI-plaatide ja laiaulatuslike epitaksiaalteenustega (sh SOS ja GaN) loob kriitilise silla substraadi innovatsiooni ja teie disainimeeskonna vahel. Meie võime pakkuda mitte ainult täiustatud vahvleid, vaid ka nendega seotud tehnilisi konsultatsioone selliste parameetrite kohta nagu seadme kihi paksus, BOXi paksus ja käepideme vahvlitakistus tagab, et teie uuenduslikud vooluringide kujundused on üles ehitatud kõige sobivamale ja optimeeritud alusele. See koostöö on teie järgmise läbimurdetoote substraaditehnoloogia täieliku potentsiaali avamiseks hädavajalik.
Järeldus: tulevaste kiipide alus
Kuna pooljuhtide tööstus laieneb spetsialiseeritud andmetöötluseks, üldlevinud tuvastuseks ja täiustatud ühenduvuseks, on ühe -suurusega-sobiv-substraadi lähenemisviis aegunud. SOI ja sellega seotud konstrueeritud substraadid on võimas tööriistakomplekt räni massiliste füüsiliste piiride ületamiseks. Neid materjale valdades saavad kiibidisainerid ja tootjad saavutada otsustavaid eeliseid jõudluse, võimsuse ja integratsiooni osas. Tehnilise põhjalikkusega tarnija valimine selle substraadi{6}}taseme innovatsiooni juhendamiseks ja toetamiseks ei ole enam hankeotsus,-see on strateegiline investeering teie tehnoloogia tegevuskava tulevikku.
