ما هو SOI？

SOI، اختصار لـ Silicon-On-Insulator، هي عملية تصنيع لأشباه الموصلات تعتمد على مواد ركيزة خاصة. منذ تصنيعها في الثمانينيات، أصبحت هذه التكنولوجيا فرعًا مهمًا من عمليات تصنيع أشباه الموصلات المتقدمة. تتميز عملية SOI بهيكلها المركب الفريد المكون من ثلاث طبقات، وهي تمثل خروجًا كبيرًا عن عملية السيليكون التقليدية.

يتكون من طبقة جهاز سيليكون أحادية البلورة، وطبقة عازلة من ثاني أكسيد السيليكون (تُعرف أيضًا باسم طبقة الأكسيد المدفون، BOX)، وركيزة من السيليكون،رقاقة SOIيخلق بيئة كهربائية مستقلة ومستقرة. تؤدي كل طبقة دورًا مميزًا ومتكاملًا في ضمان أداء الرقاقة وموثوقيتها:

1. تعمل الطبقة العلوية لجهاز السيليكون أحادي البلورة، والتي يتراوح سمكها عادة من 5 نانومتر إلى 2 ميكرومتر، كمنطقة مركزية لإنشاء أجهزة نشطة مثل الترانزستورات. تُعد نحته الفائقة الأساس لتحسين الأداء وتصغير حجم الجهاز.

2. الوظيفة الأساسية لطبقة الأكسيد المدفونة الوسطى هي تحقيق العزل الكهربائي. تعمل طبقة BOX على منع التوصيلات الكهربائية بشكل فعال بين طبقة الجهاز والركيزة الموجودة أدناه من خلال استخدام آليات العزل الفيزيائية والكيميائية، حيث يتراوح سمكها عادةً من 5 نانومتر إلى 2 ميكرومتر.

3. فيما يتعلق بركيزة السيليكون السفلية، فإن وظيفتها الأساسية هي توفير المتانة الهيكلية والدعم الميكانيكي الثابت، وهي ضمانات حاسمة لاعتمادية الرقاقة أثناء الإنتاج والاستخدامات اللاحقة. من حيث السماكة، فهي عمومًا تقع ضمن نطاق 200μm إلى 700μm.

رقائق SOI

1. انخفاض استهلاك الطاقة

وجود الطبقة العازلة فيهارقائق SOIيقلل من تسرب التيار والسعة، مما يساهم في تقليل استهلاك الطاقة الثابتة والديناميكية للجهاز.

2. مقاومة الإشعاع

يمكن للطبقة العازلة في رقائق SOI أن تحمي بشكل فعال الأشعة الكونية والتداخل الكهرومغناطيسي، وتجنب تأثير البيئات القاسية على استقرار الجهاز، وتمكينه من العمل بثبات في مجالات خاصة مثل الفضاء الجوي والصناعة النووية.

3. أداء ممتاز عالي التردد

يقلل تصميم الطبقة العازلة بشكل كبير من التأثيرات الطفيلية غير المرغوب فيها الناتجة عن التفاعل بين الجهاز والركيزة. يؤدي انخفاض السعة الطفيلية إلى تقليل زمن وصول أجهزة SOI في معالجة الإشارات عالية التردد (مثل اتصالات 5G)، وبالتالي تحسين كفاءة التشغيل.

4. مرونة التصميم

تتميز الركيزة SOI بعزل عازل متأصل، مما يلغي الحاجة إلى عزل الخندق المخدر، مما يبسط عملية التصنيع ويحسن إنتاجية الإنتاج.

تطبيق تكنولوجيا SOI

1. قطاع الإلكترونيات الاستهلاكية: وحدات الواجهة الأمامية للترددات اللاسلكية للهواتف الذكية (مثل مرشحات 5G).

2. مجال إلكترونيات السيارات: شريحة رادار من فئة السيارات.

3. الفضاء الجوي: معدات الاتصالات عبر الأقمار الصناعية.

4. مجال الأجهزة الطبية: أجهزة الاستشعار الطبية القابلة للزرع، ورقائق المراقبة منخفضة الطاقة.