แผ่นเวเฟอร์ SOI (ซิลิคอนบนฉนวน)เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ชนิดพิเศษที่มีชั้นซิลิคอนบางเฉียบก่อตัวอยู่บนชั้นออกไซด์ที่เป็นฉนวน โครงสร้างแบบแซนด์วิชที่เป็นเอกลักษณ์นี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ได้อย่างมาก
องค์ประกอบโครงสร้าง:
ชั้นอุปกรณ์ (ซิลิคอนด้านบน):
มีความหนาตั้งแต่หลายนาโนเมตรจนถึงไมโครเมตร ทำหน้าที่เป็นชั้นแอคทีฟสำหรับการผลิตทรานซิสเตอร์
ชั้นออกไซด์ที่ฝังอยู่ (กล่อง):
ชั้นฉนวนซิลิคอนไดออกไซด์ (หนา 0.05-15 ไมโครเมตร) ที่แยกชั้นอุปกรณ์ออกจากพื้นผิวทางไฟฟ้า
วัสดุรองพื้น:
ซิลิคอนแบบหนา (100-500 ไมโครเมตร) ให้การรองรับทางกล
ตามเทคโนโลยีการเตรียมกระบวนการผลิต เวเฟอร์ซิลิคอน SOI หลักๆ สามารถแบ่งออกได้เป็น: SIMOX (เทคโนโลยีการแยกด้วยการฉีดออกซิเจน), BESOI (เทคโนโลยีการลดความหนาด้วยการเชื่อมประสาน) และ Smart Cut (เทคโนโลยีการลอกอัจฉริยะ)
SIMOX (เทคโนโลยีการแยกด้วยการฉีดออกซิเจน) เป็นเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับการฉีดไอออนออกซิเจนพลังงานสูงเข้าไปในแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนเพื่อสร้างชั้นซิลิคอนไดออกไซด์ฝังตัว จากนั้นจึงนำไปผ่านกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนสูงเพื่อซ่อมแซมข้อบกพร่องของโครงสร้างผลึก หัวใจสำคัญคือการฉีดไอออนออกซิเจนโดยตรงเพื่อสร้างออกซิเจนในชั้นฝังตัว
เทคโนโลยี BESOI (Bonding Thinning technology) คือการเชื่อมแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนสองแผ่นเข้าด้วยกัน แล้วทำให้แผ่นหนึ่งบางลงด้วยการเจียรเชิงกลและการกัดทางเคมี เพื่อสร้างโครงสร้าง SOI หัวใจสำคัญอยู่ที่การเชื่อมและการทำให้บางลง
เทคโนโลยี Smart Cut (เทคโนโลยีการลอกผิวอัจฉริยะ) สร้างชั้นลอกผิวโดยการฉีดไอออนไฮโดรเจน หลังจากเชื่อมติดกันแล้ว จะทำการอบด้วยความร้อนเพื่อลอกผิวเวเฟอร์ซิลิคอนตามแนวชั้นไอออนไฮโดรเจน ทำให้เกิดชั้นซิลิคอนบางพิเศษ หัวใจสำคัญคือการลอกผิวโดยการฉีดไฮโดรเจน
ปัจจุบัน มีเทคโนโลยีอีกอย่างหนึ่งที่เรียกว่า SIMBOND (เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยการฉีดออกซิเจน) ซึ่งพัฒนาโดยบริษัท Xinao ที่จริงแล้ว เทคโนโลยีนี้เป็นการผสมผสานเทคโนโลยีการแยกด้วยการฉีดออกซิเจนและการเชื่อมเข้าด้วยกัน ในวิธีการนี้ ออกซิเจนที่ฉีดเข้าไปจะถูกใช้เป็นชั้นกั้นที่บางลง และชั้นออกซิเจนที่ฝังอยู่จริงจะเป็นชั้นออกซิเดชันด้วยความร้อน ดังนั้นจึงช่วยปรับปรุงพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ความสม่ำเสมอของซิลิคอนด้านบนและคุณภาพของชั้นออกซิเจนที่ฝังอยู่ไปพร้อมๆ กัน
แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน SOI ที่ผลิตด้วยกระบวนการทางเทคนิคที่แตกต่างกันจะมีพารามิเตอร์ด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างกันและเหมาะสำหรับสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน
ต่อไปนี้เป็นตารางสรุปข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพหลักของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน SOI พร้อมด้วยคุณสมบัติทางเทคนิคและสถานการณ์การใช้งานจริง เมื่อเทียบกับซิลิคอนแบบดั้งเดิม SOI มีข้อได้เปรียบอย่างมากในด้านความสมดุลระหว่างความเร็วและการใช้พลังงาน (หมายเหตุ: ประสิทธิภาพของ FD-SOI ขนาด 22 นาโนเมตรใกล้เคียงกับ FinFET และต้นทุนลดลง 30%)
| ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพ | หลักการทางเทคนิค | อาการเฉพาะเจาะจง | ตัวอย่างการใช้งานทั่วไป |
| ความจุปรสิตต่ำ | ชั้นฉนวน (BOX) ป้องกันการส่งผ่านประจุระหว่างอุปกรณ์และพื้นผิว | ความเร็วในการสลับเพิ่มขึ้น 15%-30% การใช้พลังงานลดลง 20%-50% | ชิปสื่อสารความถี่สูง 5G RF |
| ลดกระแสไฟรั่ว | ชั้นฉนวนช่วยลดเส้นทางการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้า | กระแสไฟรั่วลดลงมากกว่า 90% ยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ | อุปกรณ์ IoT, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้ |
| ความทนทานต่อรังสีที่เพิ่มขึ้น | ชั้นฉนวนจะป้องกันการสะสมประจุที่เกิดจากรังสี | ความทนทานต่อรังสีดีขึ้น 3-5 เท่า ลดอาการผิดปกติจากเหตุการณ์ครั้งเดียว | ยานอวกาศ อุปกรณ์อุตสาหกรรมนิวเคลียร์ |
| การควบคุมเอฟเฟกต์ช่องสัญญาณสั้น | ชั้นซิลิคอนบางช่วยลดการรบกวนของสนามไฟฟ้าระหว่างขั้วเดรนและซอร์ส | ปรับปรุงเสถียรภาพของแรงดันเกณฑ์ และความชันของแรงดันย่อยที่เหมาะสมที่สุด | ชิปตรรกะขั้นสูง (<14 นาโนเมตร) |
| การจัดการความร้อนที่ดีขึ้น | ชั้นฉนวนช่วยลดการนำความร้อน | ลดการสะสมความร้อนลง 30% อุณหภูมิในการทำงานต่ำลง 15-25°C | ไอซี 3 มิติ, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ |
| การเพิ่มประสิทธิภาพความถี่สูง | ลดความจุปรสิตและเพิ่มความคล่องตัวของตัวนำ | ความหน่วงลดลง 20% รองรับการประมวลผลสัญญาณ >30GHz | การสื่อสารด้วยคลื่นมิลลิเมตร, ชิปสื่อสารผ่านดาวเทียม |
| ความยืดหยุ่นในการออกแบบที่เพิ่มขึ้น | ไม่จำเป็นต้องเติมสารโดปใดๆ รองรับการไบแอสย้อนกลับ | ขั้นตอนการผลิตลดลง 13%-20% ความหนาแน่นของการบูรณาการสูงขึ้น 40% | ไอซีแบบผสมสัญญาณ, เซ็นเซอร์ |
| ภูมิคุ้มกันแบบล็อคอัพ | ชั้นฉนวนจะแยกจุดเชื่อมต่อ PN ที่เป็นปรสิตออกจากกัน | เกณฑ์กระแสแลตช์อัพเพิ่มขึ้นเป็น >100mA | อุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูง |
โดยสรุป ข้อดีหลักของ SOI คือ ทำงานได้เร็วและประหยัดพลังงานมากกว่า
เนื่องจากคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพเหล่านี้ของ SOI ทำให้มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในสาขาที่ต้องการประสิทธิภาพด้านความถี่และประสิทธิภาพด้านการใช้พลังงานที่ยอดเยี่ยม
ดังแสดงในภาพด้านล่าง จะเห็นได้ว่าเมื่อพิจารณาจากสัดส่วนของสาขาการใช้งานที่สอดคล้องกับ SOI แล้ว อุปกรณ์ RF และอุปกรณ์กำลังไฟฟ้าครองส่วนแบ่งตลาด SOI ส่วนใหญ่
| ขอบเขตการใช้งาน | ส่วนแบ่งการตลาด |
| RF-SOI (คลื่นความถี่วิทยุ) | 45% |
| พาวเวอร์โซอิ | 30% |
| FD-SOI (Fully Depleted) | 15% |
| SOI ออปติคอล | 8% |
| เซ็นเซอร์ SOI | 2% |
ด้วยการเติบโตของตลาดต่างๆ เช่น การสื่อสารเคลื่อนที่และการขับขี่อัตโนมัติ คาดว่าแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน SOI จะยังคงรักษาระดับการเติบโตในระดับหนึ่งเช่นกัน
XKH ในฐานะผู้นำด้านนวัตกรรมเทคโนโลยีเวเฟอร์ซิลิคอนบนฉนวน (SOI) นำเสนอโซลูชัน SOI ที่ครอบคลุมตั้งแต่การวิจัยและพัฒนาไปจนถึงการผลิตจำนวนมาก โดยใช้กระบวนการผลิตชั้นนำของอุตสาหกรรม กลุ่มผลิตภัณฑ์ที่สมบูรณ์ของเราประกอบด้วยเวเฟอร์ SOI ขนาด 200 มม./300 มม. ครอบคลุม RF-SOI, Power-SOI และ FD-SOI พร้อมการควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวดเพื่อให้มั่นใจถึงความสม่ำเสมอของประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม (ความสม่ำเสมอของความหนาภายใน ±1.5%) เรานำเสนอโซลูชันที่ปรับแต่งได้ โดยมีความหนาของชั้นออกไซด์ฝังตัว (BOX) ตั้งแต่ 50 นาโนเมตรถึง 1.5 ไมโครเมตร และข้อกำหนดความต้านทานต่างๆ เพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะ ด้วยความเชี่ยวชาญทางเทคนิคกว่า 15 ปีและห่วงโซ่อุปทานระดับโลกที่แข็งแกร่ง เราจึงสามารถจัดหาวัสดุพื้นผิว SOI คุณภาพสูงให้กับผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์ชั้นนำทั่วโลกได้อย่างน่าเชื่อถือ ซึ่งช่วยให้เกิดนวัตกรรมชิปที่ล้ำสมัยในด้านการสื่อสาร 5G อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ และแอปพลิเคชันปัญญาประดิษฐ์
XKH'แผ่นเวเฟอร์ SOI:
วันที่เผยแพร่: 24 เมษายน 2568