Obleas SOI (silicio sobre aislante)Representan un material semiconductor especializado con una capa ultrafina de silicio formada sobre una capa de óxido aislante. Esta singular estructura tipo sándwich ofrece mejoras significativas en el rendimiento de los dispositivos semiconductores.
Composición estructural:
Capa del dispositivo (silicio superior):
Espesor que varía desde varios nanómetros a micrómetros y sirve como capa activa para la fabricación de transistores.
Capa de óxido enterrada (CAJA):
Una capa aislante de dióxido de silicio (de 0,05 a 15 μm de espesor) que aísla eléctricamente la capa del dispositivo del sustrato.
Sustrato base:
Silicio a granel (100-500μm de espesor) que proporciona soporte mecánico.
De acuerdo con la tecnología del proceso de preparación, las principales rutas de proceso de las obleas de silicio SOI se pueden clasificar como: SIMOX (tecnología de aislamiento por inyección de oxígeno), BESOI (tecnología de adelgazamiento de unión) y Smart Cut (tecnología de pelado inteligente).
SIMOX (Tecnología de Aislamiento por Inyección de Oxígeno) es una técnica que consiste en inyectar iones de oxígeno de alta energía en obleas de silicio para formar una capa incrustada de dióxido de silicio, que posteriormente se somete a un recocido a alta temperatura para reparar defectos de la red. El núcleo se somete a una inyección directa de iones de oxígeno para formar una capa enterrada de oxígeno.
La tecnología BESOI (Bonding Thinning) consiste en unir dos obleas de silicio y, posteriormente, adelgazar una de ellas mediante rectificado mecánico y grabado químico para formar una estructura SOI. La clave reside en la unión y el adelgazamiento.
Smart Cut (tecnología de exfoliación inteligente) forma una capa exfoliante mediante la inyección de iones de hidrógeno. Tras la unión, se aplica un tratamiento térmico para exfoliar la oblea de silicio a lo largo de la capa de iones de hidrógeno, formando una capa ultrafina de silicio. El núcleo se decapa mediante inyección de hidrógeno.
Actualmente, existe otra tecnología conocida como SIMBOND (tecnología de unión por inyección de oxígeno), desarrollada por Xinao. Se trata de una ruta que combina las tecnologías de aislamiento y unión por inyección de oxígeno. En esta ruta técnica, el oxígeno inyectado se utiliza como una capa de barrera de adelgazamiento, y la capa de oxígeno enterrada es una capa de oxidación térmica. Por lo tanto, mejora simultáneamente parámetros como la uniformidad del silicio superior y la calidad de la capa de oxígeno enterrada.
Las obleas de silicio SOI fabricadas mediante diferentes rutas técnicas tienen diferentes parámetros de rendimiento y son adecuadas para diferentes escenarios de aplicación.
A continuación, se presenta una tabla resumen de las principales ventajas de rendimiento de las obleas de silicio SOI, junto con sus características técnicas y escenarios de aplicación reales. En comparación con el silicio a granel tradicional, el SOI ofrece ventajas significativas en cuanto a velocidad y consumo de energía. (Nota: El rendimiento del FD-SOI de 22 nm es similar al del FinFET y su coste se reduce en un 30%).
| Ventaja de rendimiento | Principio técnico | Manifestación específica | Escenarios típicos de aplicación |
| Baja capacitancia parásita | La capa aislante (BOX) bloquea el acoplamiento de carga entre el dispositivo y el sustrato | La velocidad de conmutación aumentó entre un 15% y un 30% y el consumo de energía se redujo entre un 20% y un 50%. | 5G RF, chips de comunicación de alta frecuencia |
| Corriente de fuga reducida | La capa aislante suprime las rutas de corriente de fuga. | Corriente de fuga reducida en >90%, vida útil prolongada de la batería | Dispositivos IoT, electrónica portátil |
| Dureza de radiación mejorada | La capa aislante bloquea la acumulación de carga inducida por la radiación. | La tolerancia a la radiación mejoró de 3 a 5 veces y redujo las molestias causadas por un solo evento. | Naves espaciales, equipos de la industria nuclear |
| Control de efectos de canal corto | Una fina capa de silicio reduce la interferencia del campo eléctrico entre el drenaje y la fuente. | Estabilidad de voltaje de umbral mejorada, pendiente de subumbral optimizada | Chips de lógica de nodo avanzados (<14 nm) |
| Gestión térmica mejorada | La capa aislante reduce el acoplamiento de conducción térmica. | 30% menos de acumulación de calor, temperatura de funcionamiento 15-25 °C más baja | Circuitos integrados 3D, electrónica automotriz |
| Optimización de alta frecuencia | Capacitancia parásita reducida y movilidad de portadores mejorada | 20 % menos de retraso, admite procesamiento de señales >30 GHz | Comunicación de ondas milimétricas, chips de comunicación satelital |
| Mayor flexibilidad de diseño | No se requiere dopaje, admite sesgo de retroceso | Entre un 13% y un 20% menos de pasos de proceso, un 40% más de densidad de integración | Circuitos integrados de señal mixta, sensores |
| Inmunidad de enganche | La capa aislante aísla las uniones PN parásitas | El umbral de corriente de enganche aumentó a >100 mA | Dispositivos de potencia de alto voltaje |
En resumen, las principales ventajas de SOI son: funciona rápido y es más eficiente energéticamente.
Debido a estas características de rendimiento del SOI, tiene amplias aplicaciones en campos que requieren un excelente rendimiento de frecuencia y de consumo de energía.
Como se muestra a continuación, según la proporción de campos de aplicación correspondientes a SOI, se puede ver que los dispositivos de RF y de potencia representan la gran mayoría del mercado de SOI.
| Campo de aplicación | Cuota de mercado |
| RF-SOI (Radiofrecuencia) | 45% |
| Energía SOI | 30% |
| FD-SOI (Totalmente agotado) | 15% |
| SOI óptico | 8% |
| Sensor SOI | 2% |
Con el crecimiento de mercados como las comunicaciones móviles y la conducción autónoma, también se espera que las obleas de silicio SOI mantengan una cierta tasa de crecimiento.
XKH, líder en innovación en tecnología de obleas de silicio sobre aislante (SOI), ofrece soluciones integrales de SOI, desde I+D hasta la producción en serie, utilizando procesos de fabricación líderes en la industria. Nuestro portafolio completo incluye obleas SOI de 200 mm/300 mm en variantes RF-SOI, Power-SOI y FD-SOI, con un riguroso control de calidad que garantiza una excepcional consistencia de rendimiento (uniformidad de espesor con un margen de error de ±1,5 %). Ofrecemos soluciones personalizadas con espesores de capa de óxido enterrado (BOX) de 50 nm a 1,5 μm y diversas especificaciones de resistividad para satisfacer requisitos específicos. Con 15 años de experiencia técnica y una sólida cadena de suministro global, suministramos de forma fiable materiales de sustrato SOI de alta calidad a fabricantes de semiconductores de primer nivel a nivel mundial, lo que permite innovaciones de vanguardia en chips para comunicaciones 5G, electrónica automotriz y aplicaciones de inteligencia artificial.
XKH'Obleas SOI s:
Hora de publicación: 24 de abril de 2025