السيليكون على العازل (SOI) هي تقنية ركيزة أشباه الموصلات حيث يتم فصل طبقة السيليكون النشطة الرقيقة عن ركيزة السيليكون السائبة بواسطة طبقة عازلة. يحسن هذا الهيكل العديد من خصائص مستوى الجهاز، مما يوفر مزايا في السرعة واستهلاك الطاقة والموثوقية مقارنة برقائق السيليكون السائبة التقليدية.

بنية الصوامع

تتكون رقاقة الصويا عادة من ثلاث طبقات:

1. طبقة الجهاز: طبقة رقيقة من السيليكون أحادي البلورة (أو في بعض الأحيان السيليكون أو السيليكون الجرمانيوم) في الأعلى. هذا هو المكان الذي يتم فيه بناء الترانزستورات أو الأجهزة النشطة الأخرى.

2. طبقة أكسيد مدفونة (صندوقية): طبقة عازلة (غالبًا ثاني أكسيد السيليكون، sio₂) بين طبقة الجهاز والركيزة. وهي تعزل الجهاز عن الركيزة كهربائيًا.

3. رقاقة التعامل / الركيزة:رقاقة السيليكون السفلية توفر الدعم الميكانيكي.

اعتمادًا على التطبيق، يتم اختيار سمك هذه الطبقات (الجهاز والأكسيد والركيزة) لتحسين الأداء والسلوك الحراري وإمكانية التصنيع.

المتغيرات الرئيسية

بعض الأنواع/المتغيرات الشائعة من الصويا تشمل:

• الصويا المستنفدة جزئيًا (pd-soi):طبقة الجهاز سميكة بما يكفي بحيث يظل جزء منها مستنزفًا أثناء التشغيل.

• فول الصويا المستنفد بالكامل (fd-soi):طبقة الجهاز رقيقة، بحيث يمكن استنفادها بالكامل في ظل ظروف التشغيل. وهذا يقلل من بعض التأثيرات الطفيلية ويساعد في تقليل تباين جهد العتبة.

• السيليكون على الياقوت (sos): يستخدم ركيزة من الياقوت (al₂o₃) بدلاً من ثاني أكسيد السيليكون؛ يتم اختياره غالبًا للبيئات الحساسة للترددات الراديوية أو الإشعاع.

فوائد الصويا

توفر تقنية soi مجموعة متنوعة من الفوائد مقارنة بأجهزة السيليكون السائبة:

• انخفاض السعة الطفيلية:نظرًا لأن الأجهزة معزولة عن الركيزة الأساسية بواسطة عازل، فإن السعات الطفيلية تكون أقل - وهذا يتيح التبديل بشكل أسرع وتحسين سرعة التشغيل.

• انخفاض تيارات التسرب واستهلاك الطاقة:مع عزل أفضل، يتم تقليل مسارات التسرب. يمكن للأجهزة أن تعمل بجهد أقل بكفاءة أكبر.

• تحسين مقاومة الالتصاق:في دوائر CMOS، يعد الالتصاق (مسارات التيار غير المرغوب فيها) أمرًا مثيرًا للقلق. يساعد عزل SOI في منع حدوث ذلك.

• أداء أفضل في البيئات القاسية أو المتخصصة: على سبيل المثال، صلابة إشعاع أفضل، وعزل ضوضاء أفضل، وسلوك ترددات الراديو المحسن.

التحديات / المقايضات

في حين أن للصويا العديد من المزايا، إلا أنها تواجه أيضًا بعض التنازلات والتحديات الفنية:

• تكلفة الركيزة الأعلى:إن إنتاج رقائق الصويا أكثر تكلفة من إنتاج السيليكون السائب التقليدي بسبب الخطوات الإضافية (على سبيل المثال صنع الطبقة العازلة، والترابط، والتخفيف، وما إلى ذلك).

• الإدارة الحرارية / التسخين الذاتي:تعمل الطبقة العازلة على تقليل توصيل الحرارة إلى الركيزة، مما قد يؤدي إلى ظهور بقع ساخنة موضعية أو تحديات في إدارة درجة الحرارة في الأجهزة عالية الطاقة.

• تعقيد التصميم والنمذجة:يتطلب سلوك الجهاز على soi، وخاصة fd-soi، نمذجة دقيقة للتأثيرات المتعلقة بطبقة الصندوق، وجودة الواجهة، وسمك السيليكون، وما إلى ذلك.

• توحيد التصنيع:إن ضمان سمك موحد وطبقات عازلة خالية من العيوب، فضلاً عن الحفاظ على جودة بلورية عالية في طبقة الجهاز الرقيقة، يعد أمرًا صعبًا من الناحية الفنية.

تطبيقات الصويا

بسبب خصائصها الكهربائية والعزلية المواتية، يتم استخدام الصويا في العديد من المجالات:

• دوائر الترددات الراديوية وأجهزة الإشارة المختلطة:يساعد العزل الأفضل على تحسين أداء التردد اللاسلكي ويقلل التداخل.

• الأجهزة الإلكترونية المحمولة / منخفضة الطاقة: الأجهزة التي تكون فيها كفاءة الطاقة أمرًا بالغ الأهمية، مثل الهواتف الذكية وأجهزة استشعار إنترنت الأشياء.

• فوتونيات السيليكون:الموجهات الموجية، المكونات البصرية المبنية على السيليكون تستخدم أكسيد مدفون كعنصر في توجيه الضوء المحصور.

• إلكترونيات عالية الموثوقية / مقاومة للإشعاع:الفضاء، والفضاء، والدفاع، والبيئات المعرضة للإشعاع تستفيد من عزلة سوآي.

• أنظمة السيارات: حيث تكون درجات الحرارة القصوى والضوضاء والموثوقية مطلوبة بشدة.

دور بلوتوسيمي

البلوتونيوم تقدم شركة بلوتوسيمي قدرات إنتاج متقدمة ومنتجات عالية الجودة في مجال رقائق السيليكون والصويا. بعض النقاط التي تتميز بها:

• التحكم الدقيق في طبقة الجهاز وسمك طبقة الأكسيد (الصندوق)، مما يتيح أنواعًا مختلفة من soi (على سبيل المثال fd-soi، pd-soi) للتطبيقات المخصصة.

• جودة سطح الرقاقة العالية وكثافة العيوب المنخفضة، والتي تعتبر ضرورية لأداء الجهاز والإنتاج.

• القدرة على توفير مجموعة متنوعة من أقطار الركيزة، وسمكها، واتجاهات البلورات، والتكيف مع احتياجات الترددات الراديوية، والفوتونيات، والأنظمة الكهروميكانيكية، أو الإلكترونيات منخفضة الطاقة.

• الدعم والتعاون مع العملاء في دمج ركائز الصويا في تدفقات عملية أجهزتهم، وضمان التوافق والموثوقية.

خاتمة

يُعد السيليكون على العازل تقنية ركيزة قوية تتيح تحسين الأداء وخفض استهلاك الطاقة وعزل أفضل لمختلف تطبيقات أشباه الموصلات. تتطلب التنازلات، وخاصة التكلفة والسلوك الحراري، تصميمًا دقيقًا ومراقبة للعملية. يلعب الموردون مثل بلوتوسيمي، الذين يتميزون بالدقة والجودة العالية عبر رقائق السيليكون وعروض أشباه الموصلات، دورًا مهمًا في تمكين العملاء من الاستفادة الكاملة من فوائد أشباه الموصلات.