SOI

硅技术

SOI全称为Silicon-On-Insulator，即绝缘衬底上的硅，该技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层。

简介

材料通过在绝缘体上形成半导体薄膜，SOI材料具有了体硅所无法比拟的优点：可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应；采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势，因此可以说SOI将有可能成为深亚微米的低压、低功耗集成电路的主流技术。此外，SOI材料还被用来制造MEMS光开关，如利用体微机械加工技术。

SOI是硅晶体管结构在绝缘体之上的意思，原理就是在Silicon（硅）晶体管之间，加入绝缘体物质，可使两者之间的寄生电容比原来的少上一倍。优点是可以较易提升时脉，并减少电流漏电成为省电的IC。原本应通过交换器的电子，有些会钻入硅中造成浪费。SOI可防止电子流失。摩托罗拉宣称中央处理器可因此提升时脉20%，并减低耗电30%。除此之外，还可以减少一些有害的电气效应。还有一点，可以说是很多超频玩家所感兴趣的，那就是它的工作温度可高达300°C，减少过热的问题。

发展历史

SOI全名为Silicon On Insulator，是指硅晶体管结构在绝缘体之上的意思，原理就是在硅晶体管之间，加入绝缘体物质，可使两者之间的寄生电容比原来的少上一倍。优点是可以较易提升时脉，并减少电流漏电成为省电的IC，在工艺上还可以省略部分光掩模以节省成本，因此不论在工艺上或是电路上都有其优势。此外，在SOI晶圆（SOI wafer）本身衬底的阻抗值的部分也会影响到元件的表现，因此后来也有公司在衬底上进行阻抗值的调整，达到射频元件（Radio frequency component、RF component）特性的提升。原本应通过交换器的电子，有些会钻入硅中造成浪费；SOI可防止电子流失，与补强一些原本Bulk wafer中CMOS元件的缺点。摩托罗拉宣称中央处理器可因此提升时脉20%，并减低耗电30%。除此之外，还可以减少一些有害的电气效应。还有一点，可以说是很多超频玩家所感兴趣的，那就是它的工作温度可高达300°C，减少过热的问题。

SOI一开始是由美商IBM公司的芯片部门投入开发，最早用于Macintosh电脑（MAC）的PowerPC G4处理器，除了IBM外，还有Motorola、德州仪器（TI）、NEC等公司投入SOI技术的开发工作，但是Intel公司拒绝在其处理器产品中使用SOI技术，因为其认为SOI技术容易影响晶圆品质与减低晶体管交换速度，并且SOI上接合点也会减少，也就是一般工艺中“漏电”的缺点所烦恼。

SOI行业联盟是负责推广SOI技术，成员包括SOI技术的发明者IBM及一些半导体公司，例如AMD和NVIDIA，而Intel并未加入该组织。

结构功能

通常根据在绝缘体

材料种类

目前比较广泛使用且比较有发展前途的SOI的材料主要有注氧隔离的SIMOX(Separation by Implanted Oxygen)材料、硅片键合和反面腐蚀的BESOI(Bonding-Etchback SOI)材料和将键合与注入相结合的Smart Cut SOI材料。在这三种材料中，SIMOX适合于制作薄膜全耗尽超大规模集成电路，BESOI材料适合于制作部分耗尽集成电路，而Smart Cut材料则是非常有发展前景的SOI材料，它很有可能成为今后SOI材料的主流。

应用范围

除了特异的优点，在集成电路中使用外，还被用于微光机电MEMS系统的制造，如3D反射镜阵列开关。该反射镜是在SOI衬底的活性层中形成可动反射镜，与另一台阶状电极的衬底连接而成。由于使用单晶硅衬底，且在可动反射镜，直径500微米，的上下面上对称的以同一条件而形成反射膜等，因此，具有10纳米级的翘曲与数十纳米的表面粗糙度。

优势

SOI 在器件性能上具有以下优点：

1) 减小了寄生电容，提高了运行速度。与体硅材料相比，SOI 器件的运行速度提高了20-35%；

2) 具有更低的功耗。由于减少了寄生电容，降低了漏电，SOI 器件功耗可减小35-70%；

3) 消除了闩锁效应；

4) 抑制了衬底的脉冲电流干扰，减少了软错误的发生；

5) 与现有硅工艺兼容，可减少 13-20%的工序。

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