चिप निर्माण प्रक्रिया में, "SOI" शब्द अक्सर सुना जाता है। और चिप निर्माण भी आमतौर पर एकीकृत सर्किट के निर्माण के लिए SOI सबस्ट्रेट्स का उपयोग करता है। SOI सबस्ट्रेट्स की अनूठी संरचना चिप्स के प्रदर्शन में काफी सुधार कर सकती है, तो SOI वास्तव में क्या है? इसके क्या फायदे हैं? इसका उपयोग किन क्षेत्रों में किया जाता है? इसका निर्माण कैसे किया जाता है?
SOI सब्सट्रेट क्या है?
SOI सिलिकॉन-ऑन-इंसुलेटर का संक्षिप्त रूप है। इसका शाब्दिक अर्थ है इन्सुलेशन परत पर सिलिकॉन। वास्तविक संरचना यह है कि सिलिकॉन वेफर पर SiO2 जैसी एक अति पतली इन्सुलेट परत होती है। इंसुलेटिंग परत पर एक और पतली सिलिकॉन परत होती है। यह संरचना सक्रिय सिलिकॉन परत को सब्सट्रेट की सिलिकॉन परत से अलग करती है। पारंपरिक सिलिकॉन प्रक्रिया में, चिप को इन्सुलेटर परत का उपयोग किए बिना सीधे सिलिकॉन सब्सट्रेट पर बनाया जाता है।
SOI सब्सट्रेट के क्या फायदे हैं?
कम सब्सट्रेट लीकेज करंट
सिलिकॉन ऑक्साइड (SiO2) की एक इन्सुलेटिंग परत की उपस्थिति के कारण, यह ट्रांजिस्टर को अंतर्निहित सिलिकॉन सब्सट्रेट से प्रभावी ढंग से अलग करता है। यह अलगाव सक्रिय परत से सब्सट्रेट तक अवांछित वर्तमान प्रवाह को कम करता है। तापमान के साथ लीकेज करंट बढ़ता है, इसलिए उच्च तापमान वाले वातावरण में चिप की विश्वसनीयता में काफी सुधार किया जा सकता है।
परजीवी धारिता कम करें
एसओआई संरचना में, परजीवी समाई काफी कम हो जाती है। परजीवी कैपेसिटेंस अक्सर गति को सीमित करते हैं और बिजली की खपत को बढ़ाते हैं, इसलिए वे सिग्नल ट्रांसमिशन के दौरान अतिरिक्त देरी जोड़ते हैं और अतिरिक्त ऊर्जा की खपत करते हैं। इन परजीवी कैपेसिटेंस को कम करके, उच्च गति या कम-शक्ति चिप्स में अनुप्रयोग आम हैं। CMOS प्रक्रिया में बने सामान्य चिप्स की तुलना में, SOI चिप्स की गति को 15% तक बढ़ाया जा सकता है और बिजली की खपत को 20% तक कम किया जा सकता है।
शोर अलगाव
मिश्रित-सिग्नल अनुप्रयोगों में, डिजिटल सर्किट द्वारा उत्पन्न शोर एनालॉग या आरएफ सर्किट में हस्तक्षेप कर सकता है, जिससे सिस्टम प्रदर्शन ख़राब हो सकता है। चूंकि एसओआई संरचना सक्रिय सिलिकॉन परत को सब्सट्रेट से अलग करती है, यह वास्तव में एक प्रकार का अंतर्निहित शोर अलगाव प्राप्त करती है। इसका मतलब यह है कि डिजिटल सर्किट द्वारा उत्पन्न शोर को सब्सट्रेट के माध्यम से संवेदनशील एनालॉग सर्किट तक फैलाना अधिक कठिन है।
SOI सब्सट्रेट का निर्माण कैसे करें?
आम तौर पर तीन विधियाँ हैं: SIMOX, BESOI, क्रिस्टल ग्रोथ विधि, आदि। सीमित स्थान के कारण, यहां हम अधिक सामान्य SIMOX तकनीक का परिचय देते हैं।
SIMOX, ऑक्सीजन के प्रत्यारोपण द्वारा पृथक्करण का पूरा नाम, सिलिकॉन क्रिस्टल में एक मोटी सिलिकॉन डाइऑक्साइड (SiO2) परत बनाने के लिए ऑक्सीजन आयन आरोपण और बाद में उच्च तापमान एनीलिंग का उपयोग करना है, जो SOI संरचना की इन्सुलेटर परत के रूप में कार्य करता है।
उच्च-ऊर्जा ऑक्सीजन आयनों को सिलिकॉन सब्सट्रेट में एक विशिष्ट गहराई में प्रत्यारोपित किया जाता है। ऑक्सीजन आयनों की ऊर्जा और खुराक को नियंत्रित करके, भविष्य की सिलिकॉन डाइऑक्साइड परत की गहराई और मोटाई निर्धारित की जा सकती है। ऑक्सीजन आयनों के साथ प्रत्यारोपित सिलिकॉन वेफर उच्च तापमान एनीलिंग प्रक्रिया से गुजरता है, आमतौर पर 1100 डिग्री और 1300 डिग्री के बीच। इस उच्च तापमान पर, प्रत्यारोपित ऑक्सीजन आयन सिलिकॉन के साथ प्रतिक्रिया करके एक सतत सिलिकॉन डाइऑक्साइड परत बनाते हैं। यह इन्सुलेशन परत सिलिकॉन सब्सट्रेट के नीचे दब जाती है, जिससे एक SOI संरचना बनती है। सतह की सिलिकॉन परत चिप के निर्माण के लिए कार्यात्मक परत बन जाती है, जबकि नीचे की सिलिकॉन डाइऑक्साइड परत एक इन्सुलेटर परत के रूप में कार्य करती है, जो कार्यात्मक परत को सिलिकॉन सब्सट्रेट से अलग करती है।
SOI सबस्ट्रेट्स का उपयोग किस चिप्स में किया जाता है?
इनका उपयोग सीएमओएस उपकरणों, आरएफ उपकरणों और सिलिकॉन फोटोनिक उपकरणों में किया जा सकता है।
SOI सबस्ट्रेट्स की प्रत्येक परत की सामान्य मोटाई क्या है?
सिलिकॉन सब्सट्रेट परत की मोटाई: 100μm / 300μm / 400μm / 500μm / 625μm ~ और ऊपर
SiO2 मोटाई: 100 एनएम से 10μm
सक्रिय सिलिकॉन परत: 20nm से अधिक या उसके बराबर
