نظرة عامة على ركائز SOI

الركيزة SOI (Silicon-On-Insulator) عبارة عن هيكل يتم فيه إدخال طبقة عازلة من أكسيد السيليكون (SiO2) بين طبقة السيليكون العلوية وطبقة عازلة.الركيزة السيليكونويتم تصنيع الدوائر المتكاملة على طبقة رقيقة من السيليكون العلوي. تسمى تقنية استخدام مواد SOI لتصنيع الدوائر المتكاملة بتقنية SOI.

التقنيات الثلاثة الرئيسية لتصنيع الركيزة SOI

1. الفصل بواسطة الأكسجين المزروع (SIMOX)

2. السندات والحفر الخلفي SOI (BESOI)

3. تقنية القطع الذكي.

مزايا الركيزة SOI

1. تيار تسرب منخفض للركيزة

إن وجود الطبقة العازلة SiO2 يعزل الترانزستور بشكل فعال عن ركيزة السيليكون الأساسية. تعمل هذه العزلة على تقليل التيار غير المرغوب فيه من الطبقة النشطة إلى الركيزة. يزداد تيار التسرب مع ارتفاع درجة الحرارة، وبالتالي تحسين موثوقية الرقاقة بشكل كبير في البيئات ذات درجات الحرارة العالية.

2. انخفاض السعة الطفيلية

ونظرًا لوجود سعة طفيلية، فإن التأخير الإضافي يحدث حتمًا في نقل الإشارة. يعد استخدام مواد SOI لتقليل هذه السعات الطفيلية ممارسة شائعة في الرقائق عالية السرعة أو منخفضة الطاقة. بالمقارنة مع الرقائق التقليدية المصنعة باستخدام عمليات CMOS، يمكن لرقائق SOI تحقيق سرعة أعلى بنسبة 15% واستهلاك أقل للطاقة بنسبة 20%.

3. عزل الضوضاء

في تطبيقات الإشارات المختلطة، قد تتداخل الضوضاء الكهربائية الناتجة عن الدوائر الرقمية مع دوائر الترددات التناظرية أو الراديوية (RF)، مما سيؤدي إلى انخفاض في الأداء العام للنظام. تعمل الطبقة العازلة SiO2 الموجودة في بنية SOI على عزل طبقة السيليكون النشطة عن الركيزة، وبالتالي توفر عزلًا متأصلًا للضوضاء. وهذا يعني أنه يمكن منع الضوضاء الناتجة عن الدوائر الرقمية بشكل فعال من الانتشار عبر الركيزة إلى الدوائر التناظرية الحساسة.

مجالات تطبيق الركيزة SOI

1. قطاع الإلكترونيات الاستهلاكية

منذركائز SOIيمكن أن يحسن بشكل كبير أداء الأجهزة مثل مرشحات الترددات اللاسلكية ومضخمات الطاقة وتحقيق نقل أسرع للإشارة واستهلاك أقل للطاقة. يتم استخدامها على نطاق واسع في تصنيع الرقائق للأجهزة الذكية التي يمكن ارتداؤها مثل الساعات الذكية وأجهزة مراقبة الصحة، ووحدات الواجهة الأمامية للترددات اللاسلكية للهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية.

2. إلكترونيات السيارات

بفضل الأداء الممتاز لتحمل الظروف الكهرومغناطيسية المعقدة، تعتبر ركائز SOI مناسبة تمامًا لتصنيع رقائق إدارة طاقة السيارات والتطبيقات في أنظمة القيادة الذاتية.

3. قطاعي الطيران والدفاع

توفر ركائز SOI موثوقية ملحوظة ومقاومة للتداخل الإشعاعي، وهي قادرة على تلبية المتطلبات الصارمة لمعدات الاتصالات عبر الأقمار الصناعية والأنظمة الإلكترونية العسكرية للحصول على دقة عالية وموثوقية عالية.

4. إنترنت الأشياء (IoT)

ومع الزيادة الكبيرة في حجم بيانات إنترنت الأشياء، يتزايد الطلب على العمليات منخفضة التكلفة وعالية الدقة. من خلال الاستفادة من استهلاك الطاقة المنخفض ومزايا الأداء العالي، تتوافق ركائز SOI تمامًا مع متطلبات إنترنت الأشياء ويتم اعتمادها على نطاق واسع في تصنيع رقائق عقدة الاستشعار ورقائق الحوسبة الطرفية.

5. الأجهزة الطبية المزروعة في مجال الإلكترونيات الطبية

تتمتع الأجهزة مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب والمحفزات العصبية بمتطلبات عالية للغاية من حيث استهلاك الطاقة المنخفض والتوافق الحيوي. يمكن أن يضمن الاستهلاك المنخفض للطاقة واستقرار ركائز SOI التشغيل الآمن على المدى الطويل للأجهزة القابلة للزرع مع تقليل التأثير على جسم المريض.