safir üzerinde silikon - Silicon on sapphire

Bu makale üretim süreci ile ilgili. Clash'in "Silicone on Sapphire" şarkısı için Sandinista'ya bakınız !

Safir üzerinde silikon (SOS) , safir (Al 2 O ) üzerinde büyütülmüş ince bir silikon tabakasından (tipik olarak 0,6 µm'den daha ince ) oluşan  metal oksit-yarı iletken (MOS) entegre devre (IC) üretimi için hetero-epitaksiyel bir işlemdir. 3 ) gofret . SOS, CMOS (tamamlayıcı MOS) teknolojilerinin yalıtkan üzerinde silikon (SOI) ailesinin bir parçasıdır .

Tipik olarak, yüksek saflıkta yapay olarak büyütülmüş safir kristaller kullanılır. Silisyum genellikle ısıtılmış safir substratlar üzerinde silan gazının (SiH 4 ) bozunmasıyla biriktirilir . Safirin avantajı, radyasyonun neden olduğu kaçak akımların yakındaki devre elemanlarına yayılmasını önleyen mükemmel bir elektrik yalıtkanı olmasıdır . SOS , modern yüksek yoğunluklu uygulamalarda kullanılan çok küçük transistörlerin imalatındaki zorluklar nedeniyle ticari üretimde erken zorluklarla karşılaştı . Bunun nedeni, SOS işleminin safir ve silikon arasındaki kristal kafes eşitsizliklerinden çıkıkların, ikizlenmenin ve istiflenme hatalarının oluşmasıyla sonuçlanmasıdır . Ek olarak, ara yüze en yakın silikondaki substrattan bir miktar alüminyum , bir p-tipi katkı maddesi kontaminasyonu vardır.

Tarih

1963'te Harold M. Manasevit , Kuzey Amerika Havacılığının (şimdi Boeing ) Autonetics bölümünde çalışırken, safir üzerinde silikonun epitaksiyel büyümesini belgeleyen ilk kişi oldu . 1964 yılında meslektaşları William Simpson ile birlikte Journal of Applied Physics dergisinde bulgularını yayınladı. 1965 yılında, CW Mueller PH Robinson RCA Laboratories imal bir MOSFET silikon-on-safir işlem kullanılarak (metal oksit yarı iletken alan etkili transistor).

SOS, radyasyona karşı doğal direnci nedeniyle ilk olarak havacılık ve askeri uygulamalarda kullanıldı . Daha yakın zamanlarda, SOS işleme ve tasarımında Peregrine Semiconductor tarafından patentli gelişmeler yapıldı ve SOS'un yüksek performanslı radyo frekansı (RF) uygulamaları için yüksek hacimli olarak ticarileştirilmesine izin verildi.

Devreler ve sistemler

e-Lab tarafından tasarlanan safir mikroçip üzerinde bir silikon

SOS teknolojisinin avantajları, araştırma gruplarının teknolojiden yararlanan ve en son teknolojiyi geliştiren çeşitli SOS devreleri ve sistemleri üretmesine olanak tanır:

  • analogdan dijitale dönüştürücüler (Yale e-Lab tarafından bir nano Watt prototipi üretildi)
  • monolitik dijital izolasyon tamponları
  • SOS-CMOS görüntü sensörü dizileri (Işığı kalıbın her iki tarafından aynı anda iletebilen ilk standart CMOS görüntü sensörü dizilerinden biri Yale e-Lab tarafından üretildi)
  • patch-kelepçe yükselticiler
  • enerji toplama cihazları
  • galvanik bağlantı olmadan üç boyutlu (3D) entegrasyon
  • şarj pompaları
  • sıcaklık sensörleri

Uygulamalar

Safir basınç transdüserinde silikon, basınç transdüseri ve sıcaklık sensörü diyaframları 1985'ten beri Armen Sahagen tarafından patentli bir süreç kullanılarak üretilmektedir . Yüksek sıcaklıklı ortamlarda üstün performans bu teknolojinin ilerlemesine yardımcı olmuştur. Bu SOS teknolojisi tüm dünyada lisanslanmıştır. Birleşik Krallık'taki ESI Technology Ltd., safir üzerinde silikonun olağanüstü özelliklerinden yararlanan çok çeşitli basınç transdüserleri ve basınç transmiterleri geliştirmiştir.

Peregrine Semiconductor , RF anahtarları , dijital adım zayıflatıcılar (DSA), faz kilitli döngü (PLL) frekans sentezleyiciler, ön ölçekleyiciler , karıştırıcılar/ yukarı dönüştürücüler ve değişken kazançlı amplifikatörler dahil olmak üzere RF entegre devreler (RFIC'ler) geliştirmek için SOS teknolojisini kullanmıştır . Bu RFIC'ler, mobil telefonlar ve hücresel altyapı, geniş bant tüketici ve DTV , test ve ölçüm ve endüstriyel kamu güvenliği gibi ticari RF uygulamalarının yanı sıra son derece güçlü havacılık ve savunma pazarları için tasarlanmıştır.

Substrat analizi - SOS yapısı

MOS cihazlarının imalatı için safir substratlar üzerinde silikonun epitaksiyel büyümesinin uygulanması, safir ve silikon kafesler arasındaki uyumsuzluktan kaynaklanan kristal kusurlarını azaltan bir silikon saflaştırma işlemini içerir. Örneğin, Peregrine Semiconductor'ın SP4T anahtarı, silikonun nihai kalınlığının yaklaşık 95 nm olduğu bir SOS substratı üzerinde oluşturulur. Silikon, poli oksidasyon ile polisilikon kapı yığınının dışındaki bölgelerde girintilidir ve ayrıca yan duvar ara parçası oluşturma işlemiyle yaklaşık 78 nm kalınlığa kadar girintilidir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

  • Culurciello, Eugenio (2009). Safir Üzerinde Silikon Devreler ve Sistemler, Sensör ve Biyosensör arayüzleri . McGraw Tepesi .