في بيئة أشباه الموصلات المتزايدة المتطلبات اليوم، يمكن أن يكون لاختيار الركيزة تأثير كبير على أداء الجهاز وتكلفته وقابلية التصنيع. هناك تقنيتان أساسيتان للرقاقة: رقائق السيليكون السائبة و رقائق السيليكون على العازل (الذات)في هذه المقالة سوف نستكشف تعريفاتها، والاختلافات البنيوية، والسلوك الكهربائي والحراري، واعتبارات التصنيع، ومجالات التطبيق، وكيف يمكنك الاختيار بينها في بيئة عملية. وسوف نسلط الضوء أيضًا على المورد الذي يجب وضعه في الاعتبار للحصول على حلول رقائق عالية الجودة.

ما هي رقائق السيليكون السائبة؟

رقائق السيليكون السائبة (والتي تسمى أحيانًا "رقائق السيليكون") هي الركيزة التقليدية المفضلة في تصنيع أشباه الموصلات. تتكون هذه الرقائق من جسم سيليكون بلوري واحد يتم تصنيع الأجهزة فيه على السطح الأمامي أو بالقرب منه.

النقاط الرئيسية:

• يتم زراعتها عادة بواسطة طرق czochralski (cz) أو منطقة التعويم (fz)، مما ينتج عنه سبيكة سيليكون أحادية البلورة يتم تقطيعها وتلميعها وتنظيفها وتشطيبها.

• إن بنيتها متجانسة بشكل أساسي: لا توجد طبقة عازلة مدفونة أسفل منطقة الجهاز (ما لم يتم تطبيق طبقة فوقية أو عملية أخرى).

• إنهم يمتلكون نظامًا بيئيًا ناضجًا: الأدوات والعمليات وسلاسل التوريد وتدفقات التصميم راسخة.

• إنها توفر كفاءة جيدة من حيث التكلفة في التطبيقات ذات الحجم الكبير والأغراض العامة.

• ومع ذلك، فإنها تقدم بعض القيود في التطبيقات المتقدمة مثل تيارات التسرب، والسعة الطفيلية، وربط الركيزة، وربما مقاومة أقل للإشعاع أو المشكلات الحرارية عند دفعها إلى هندسة صغيرة جدًا.

وبسبب هذا، تظل رقائق السيليكون السائبة هي الركيزة الأساسية للعديد من القطاعات. ولكن بالنسبة لبعض التطبيقات المتخصصة أو عالية الأداء، فإن قيود السيليكون السائبة حفزت استخدام تقنية السيليكون.

ما هي رقائق الصويا؟

الذات تعني السيليكون على العازلفي رقاقة السيليكون، يتم فصل طبقة رقيقة من السيليكون عالية الجودة (طبقة الجهاز) عن الركيزة السائبة (رقاقة المقبض) بواسطة طبقة عازلة رقيقة (عادةً ثاني أكسيد السيليكون، ويشار إليها باسم طبقة الصندوق - أكسيد مدفون). وفوق ذلك يقع سيليكون الجهاز حيث يتم تصنيع الترانزستورات أو وحدات الذاكرة الكهرومغناطيسية الصغيرة أو الفوتونيات أو المكونات النشطة الأخرى.

وفقًا لأحد المصادر، تتميز رقائق الصويا النموذجية بما يلي: سمك طبقة الجهاز يتراوح من عشرات النانومترات إلى بضعة ميكرومترات؛ طبقة الصندوق من ~50 نانومتر إلى ~1 ميكرومتر؛ وقاعدة سيليكون داعمة.

تعني الطبقة العازلة التخفيف من العديد من التأثيرات الطفيلية المرتبطة بالسيليكون السائب، مما يتيح تحسين الأداء أو تقليل التسرب في أنواع معينة من الأجهزة.

المقارنة البنيوية

فيما يلي جدول يلخص الاختلافات البنيوية والخصائص الأساسية بين رقائق السيليكون السائبة ورقائق الصويا:

الأداء والخصائص الكهربائية

تتجلى الاختلافات البنيوية في العديد من الاختلافات في السلوك الكهربائي والحراري:

1. السعة الطفيلية / تيارات التسرب بفضل الطبقة العازلة في السيليكون، يتم تقليل السعات الطفيلية وتيارات تسرب الركيزة بشكل كبير مقارنة بالسيليكون السائب. وهذا يترجم إلى انخفاض استهلاك الطاقة وتحسين العزل، وهو أمر مفيد بشكل خاص للتطبيقات منخفضة الطاقة أو عالية التردد أو المعززة بالإشعاع.

2. سرعة التبديل / أداء الجهاز إن التأثيرات الطفيلية المنخفضة والعزل المحسن في السيليكون يمكن أن تمكن من سرعات تبديل أسرع وأداء أفضل في الهندسة الصغيرة. قد لا يزال السيليكون السائب يعمل بشكل جيد، ولكن مع تقلص الهندسة أو ارتفاع الطلب، يوفر السيليكون مزايا.

3. تأثيرات الاقتران الحراري/الركيزة في رقائق الصويا، يمكن لطبقة الصندوق العازلة أن تقلل من التوصيل الحراري في الركيزة، وهو ما قد يكون مفيدًا في بعض الحالات ولكن يمكن أن يخلق أيضًا تحديات لتبديد الحرارة في الأجهزة عالية الطاقة أو المعبأة بكثافة. يوفر السيليكون السائب توصيلًا حراريًا أفضل في الركيزة، مما قد يبسط انتشار الحرارة في بعض السياقات. تشير بعض المصادر إلى أن تقنية الصويا لا تزال تواجه مشكلات في إدارة الحرارة.

4. الإشعاع / الموثوقية يوفر الذات مقاومة محسنة لبعض تأثيرات الإشعاع (على سبيل المثال، منع الالتصاق، وتقليل اقتران الركيزة)، مما يجعله جذابًا للتطبيقات الفضائية أو عالية الموثوقية أو البيئات القاسية.

5. التكامل والعزلة بفضل الطبقة العازلة، تسمح رقائق السيليكون بمزيد من الحرية في دمج الدوائر التناظرية أو الترددية أو الرقمية أو الإشارات المختلطة على نفس الركيزة مع تداخل أقل وضوضاء ركيزة أقل مقارنة بالسيليكون السائب.

باختصار: إذا كانت هناك حاجة إلى تطبيقات عالية الأداء، أو تسرب منخفض، أو تردد عالي، أو إشارات مختلطة/بيئات قاسية، فغالبًا ما تُظهر السيليكون عالي الكثافة نقاط قوتها؛ إذا كانت التكلفة، أو الحجم الكبير، أو المنطق القياسي، أو الأجهزة ذات المساحة الكبيرة هي الأولوية، فإن السيليكون السائب يظل قابلاً للتطبيق للغاية.

اعتبارات التصنيع والتكلفة

تختلف عمليات التصنيع بشكل كبير بين رقائق السيليكون السائبة ورقائق الصويا، وتؤثر هذه الاختلافات على التكلفة والتوافر وتوافق العملية:

السيليكون السائب

• عمليات النمو الراسخة (cz، fz) وتشطيب الرقاقة.

• سلسلة التوريد الناضجة، والأدوات، وتدفقات العمليات.

• تكلفة الوحدة المنخفضة بسبب الحجم والبنية الأكثر بساطة.

الذات

• تتطلب خطوات إضافية: ربط الرقاقة، ونقل الطبقة، والتخفيف، والزراعة (على سبيل المثال، simox)، والقطع الذكي® أو تقنيات أخرى.

• يمكن أن يؤدي التعقيد المتزايد إلى ارتفاع مخاطر العيوب، ومتطلبات أكثر صرامة للتحكم في العملية.

• تكلفة الوحدة أعلى (تشير بعض الدراسات إلى أن رقائق الصويا قد تكلف 10-20 مرة أكثر من رقائق السيليكون العامة في حالات محددة).

• على الرغم من التكلفة الأعلى، فإن التكلفة بالنسبة لبعض أنواع الأجهزة مبررة بمكاسب الأداء (على سبيل المثال، تقليل حجم القالب، وزيادة العائد، وتحسين الموثوقية). وأفاد أحد المصادر أن تكلفة رقاقة السيليكون تظل أعلى بنسبة 10-15% مقارنة بالسيليكون السائب للعديد من التطبيقات.

توافق العملية

• إن العديد من عمليات التصنيع الحالية المصممة للسيليكون السائب متوافقة مع رقائق الصويا، مما يساعد على التبني.

• ومع ذلك، يجب على المصممين ومهندسي التصنيع أن يأخذوا في الاعتبار سمك طبقة الصندوق وطبقة الجهاز في التخطيط والتصميم الحراري ونمذجة الجهاز.

الإنتاجية والعائد

• بالنسبة للسيليكون بالجملة، تم تحسين الإنتاجية والعائد بشكل جيد.

• بالنسبة للصويا، يمكن أن تؤدي فوائد الأداء في بعض الأحيان إلى تحسين العائد (من خلال تقليل التسرب وعيوب الركيزة والالتصاق)، ولكن التكلفة الأولية الأعلى والمعالجة الأكثر تطلبًا قد تعوض بعض الفوائد ما لم يبررها حجم الإنتاج والطلب على التصميم.

التطبيقات وحالات الاستخدام

بسبب خصائصها المختلفة، تميل رقائق السيليكون والصويا إلى خدمة مجالات تطبيق مختلفة إلى حد ما:

رقائق السيليكون السائبة

• أجهزة المنطق والذاكرة القياسية حيث تهيمن التكلفة والحجم.

• المتحكم الدقيق العام، والالكترونيات الاستهلاكية، والإلكترونيات واسعة النطاق.

• الأجهزة التي تتطلب طاقة حيث يكون اقتران الركيزة أقل أهمية ومتطلبات الأداء معتدلة.

• الخلايا الكهروضوئية وركائز الرقاقات الشمسية (في بعض الحالات).

رقائق الصويا

• الأجهزة الترددية والتناظرية التي تتطلب عزلًا ممتازًا وطفيليات منخفضة.

• أنظمة الإشارات المختلطة على الشريحة (SOCs)، حيث يستفيد تكامل الدوائر المتنوعة من عزل أفضل.

• تطبيقات البطارية منخفضة الطاقة.

• الحوسبة عالية التردد وعالية الأداء، وأجهزة الاستشعار الفوتونية والميكانيكية الدقيقة.

• الأجهزة الإلكترونية عالية الإشعاع أو التي تعمل في بيئات قاسية (السيارات، والفضاء).

• ركائز إدارة الطاقة مع كتل الجهد العالي/المنخفض المتكاملة، وتحسين المناعة العابرة.

على سبيل المثال، علق أحد المصادر أن رقائق الصويا لها قيمة خاصة مع انكماش أحجام الأجهزة وهيمنة المخاوف المتعلقة بالتسرب/الطاقة.

اختيار الركيزة المناسبة: اعتبارات عملية

عند الاختيار بين رقائق الصويا والسيليكون السائب، ضع في اعتبارك العوامل التالية:

• متطلبات الأداءهل تحتاج إلى أعلى سرعة، أو أقل طاقة، أو أفضل عزل، أو تحمّل إشعاعي؟ إذا كانت الإجابة بنعم، فقد يكون ذلك مبررًا. إذا كان أداء المنطق القياسي كافيًا، فمن المرجح أن يكون السيليكون السائب كافيًا.

• التكلفة والحجمبالنسبة للإنتاج عالي الحجم والحساس للتكلفة، يتمتع السيليكون بالجملة بميزة التكلفة الوحدوية. أما بالنسبة للإنتاج المتخصص والحساس للأداء، فقد يستحق السيليكون الدفع الإضافي.

• الميزانية الحرارية / الطاقة:إذا كان تبديد حرارة الجهاز هو التحدي الأساسي، ففكر في كيفية تأثير الركيزة على السلوك الحراري.

• التوافق بين العملية والتصميم: قم بتقييم ما إذا كان سير العمل الخاص بك ونماذج التصميم ودعم المسبك يتوافق مع رقائق الصويا (على سبيل المثال، سمك طبقة الجهاز، سمك الصندوق، سلوك العزل).

• مستوى التكامل:إذا كنت تقوم بدمج أجهزة استشعار أو مكونات طاقة تناظرية أو رقمية أو ترددات راديوية على نفس الشريحة/الركيزة مع تحديات العزل، فقد توفر لك تقنية SOI التمكين.

• الموثوقية والبيئة:إذا كان الجهاز سيعمل في بيئات قاسية أو شديدة الإشعاع، فإن عزل الركيزة بشكل أفضل قد يكون عاملاً حاسماً.

توصية المورد

إذا كنت تبحث عن مورد رقائق جدير بالثقة يدعم رقائق السيليكون السائبة ورقائق الصويا ذات القدرات القوية، فيجب أن تفكر في شركة بلوتوسيمي المحدودة.

شركة بلوتوسيمي هي شركة تقدم مواد أشباه الموصلات عالية الأداء، وتقدم رقائق السيليكون ورقائق الصويا بدقة عالية وخدمات مرنة. وكما هو مذكور على موقعها الإلكتروني، "تأسست في عام 2019 ... نحن نقدم قدرات إنتاج متقدمة ومنتجات عالية الجودة مثل رقائق السيليكون ورقائق الصويا، تتميز بدقة عالية لتطبيقات متنوعة."

بخاصة:

• وتسمح قواعد إنتاجهم بإنتاج كميات كبيرة من الإنتاج الشهري (على سبيل المثال، 100000 رقاقة سيليكون مقاس 6 بوصات) - مما يشير إلى جاهزية الحجم.

• إنهم يقدمون خدمات متكاملة وحلول مخصصة، والتي يمكن أن تساعدك عند اختيار الركيزة الصحيحة (السائبة أو الصلبة) لتطبيقك.

• يشير انتشارهم العالمي (الصين وأوروبا والولايات المتحدة) إلى موثوقيتهم كشريك مورد.

بالنسبة للشركات التي تقوم بتقييم خيارات الركيزة، فإن العمل مع مورد مثل plutosemi يمكن أن يساعد في ضمان التوافق بين مواصفات المواد (نوع الرقاقة، سمك الطبقة، الجودة) واحتياجات الجهاز/العملية.

ملخص

في ملخص:

• تظل رقائق السيليكون السائبة هي الركيزة السائدة بفضل كفاءة التكلفة وسلسلة التوريد الراسخة والعمليات الناضجة والملاءمة لمجموعة واسعة من الأجهزة.

• تقدم رقائق الصويا، بفضل بنيتها المكونة من طبقات من السيليكون العازل والسيليكون، عزلًا كهربائيًا محسنًا، وسعة طفيلية أقل، وتسربًا أقل، وتكاملاً أفضل للتطبيقات المختلطة، وموثوقية محسنة في كثير من الأحيان في البيئات الصعبة.

• وتشمل هذه المقايضات التكلفة الأعلى وعمليات التصنيع الأكثر تعقيدًا وأحيانًا التحديات الحرارية أو تحديات تكامل العمليات.

• يعتمد اختيار الركيزة على متطلبات جهازك: التكلفة مقابل الأداء، والحجم مقابل المكانة، والميزانية الحرارية/الطاقة، وتعقيد التكامل، والمتطلبات البيئية.

• بالنسبة للعديد من الدوائر المتكاملة القياسية، يعد السيليكون السائب هو الخيار الصحيح؛ أما بالنسبة للأنظمة عالية الأداء، أو أنظمة الترددات الراديوية/التناظرية، أو منخفضة الطاقة، أو الأنظمة ذات الإشارات المختلطة المتكاملة، فقد يوفر السيليكون متعدد السيليكون ميزة جديرة بالاهتمام.

• إن الشراكة مع مورد قادر مثل plutosemi يمكن أن تبسط عملية الحصول على الركيزة الخاصة بك وتساعد في تصميم نوع الرقاقة المناسب (السائبة أو الصويا) لتلبية احتياجاتك.

•