Кремний на сапфире - Википедия - Silicon on sapphire

Эта статья о процессе изготовления. Песню "Силикон на сапфире" группы Clash см. Сандинистка!

Кремний на сапфире (SOS) это гетероэпитаксиальный процесс для металл-оксид-полупроводник (MOS) Интегральная схема (IC) производство который состоит из тонкого слоя (обычно тоньше 0,6мкм ) из кремний вырос на сапфир (Al2О3) вафля. SOS является частью кремний на изоляторе (SOI) семейство CMOS (дополнительные МОП) технологии.

Как правило, искусственно выращенные особой чистоты сапфир кристаллы используются. Кремний обычно осаждается путем разложения силан газ (SiH4) на нагретых сапфировых подложках. Преимущество сапфира в том, что это отличный электрический изолятор, предотвращая заблудшие токи вызванное излучением, распространяющимся на близлежащие элементы схемы. Компания SOS столкнулась с проблемами на раннем этапе коммерческого производства из-за трудностей с изготовлением очень маленьких транзисторы используется в современных приложениях высокой плотности. Это связано с тем, что процесс SOS приводит к образованию дислокаций, двойникования и дефектов упаковки из кристаллическая решетка несоответствия между сапфиром и кремнием. Кроме того, есть некоторые алюминий, р-тип присадка, загрязнение от подложки в кремнии, ближайшем к границе раздела.

История

В 1963 г. Гарольд М. Манасевит был первым, кто задокументировал эпитаксиальный рост кремния на сапфире, работая на Автонетика отдел Североамериканская авиация (сейчас же Боинг ). В 1964 году он вместе с коллегой Уильямом Симпсоном опубликовал свои выводы в «Журнале прикладной физики».[1] В 1965 году К.В.Мюллер и П.Х. Робинсон в RCA лаборатории сфабрикованный а МОП-транзистор (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) с использованием процесса кремний-сапфир.[2]

SOS впервые был использован в аэрокосмический и военный приложений из-за присущих устойчивость к радиации. Совсем недавно запатентованные улучшения в обработке и дизайне SOS были сделаны Peregrine Semiconductor, что позволяет коммерциализировать SOS в больших объемах для высокопроизводительных радиочастотных (RF) приложений.

Схемы и системы

Силикон на сапфировом микрочипе, разработанный e-Lab[3]

Преимущества технологии SOS позволяют исследовательским группам создавать различные схемы и системы SOS, которые извлекают выгоду из этой технологии и продвигают новейшие достижения в:

  • аналого-цифровые преобразователи (прототип нано-ватт был произведен Yale e-Lab)[4]
  • монолитные буферы цифровой изоляции[5]
  • Массивы датчиков изображения SOS-CMOS (одна из первых стандартных матриц CMOS-датчиков изображения, способных одновременно передавать свет с обеих сторон матрицы, была произведена Yale e-Lab)[6]
  • усилители с патч-зажимом[7]
  • устройства для сбора энергии[8]
  • трехмерная (3D) интеграция без гальванических соединений
  • зарядные насосы[9]
  • датчики температуры[10]

Приложения

Кремний на сапфировом датчике давления, датчик давления и диафрагмы датчика температуры были изготовлены с использованием запатентованного процесса Армен Сахаген с 1985 года.[11] Выдающиеся характеристики в условиях высоких температур помогли продвинуть эту технологию вперед. Эта технология SOS лицензирована во всем мире. Компания ESI Technology Ltd. в Великобритании разработала широкий спектр датчиков давления и датчиков давления, в которых используются уникальные свойства кремния на сапфире.[12]

Peregrine Semiconductor использовал технологию SOS для разработки ВЧ интегральные схемы (RFIC), включая РЧ переключатели, цифровые ступенчатые аттенюаторы (DSA), синтезаторы частоты с фазовой автоподстройкой частоты (PLL), предделители, микшеры / преобразователи с повышением частоты и усилители с регулируемым усилением. Эти RFIC предназначены для коммерческих радиочастотных приложений, таких как мобильные телефоны и сотовая инфраструктура, широкополосный потребитель и DTV, тестирование и измерения, а также промышленная общественная безопасность, а также аэрокосмический и защита рынки.

Анализ субстрата - структура SOS

Применение эпитаксиального роста кремния на сапфировых подложках для изготовления МОП-устройств включает в себя процесс очистки кремния, который уменьшает дефекты кристалла, возникающие из-за несоответствия решеток сапфира и кремния. Например, Peregrine Semiconductor's SP4T Переключатель сформирован на подложке SOS, где конечная толщина кремния составляет приблизительно 95 нм. Кремний углубляется в областях за пределами пакета затворов из поликремния за счет полиоксидации и дополнительно углубляется в процессе формирования прокладки боковой стенки до толщины приблизительно 78 нм.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Manasevit, H.M .; Симпсон, У. Дж. (1964). «Монокристаллический кремний на сапфировой подложке». Журнал прикладной физики. 35 (4): 1349–1351. Дои:10.1063/1.1713618.
  2. ^ Mueller, C.W .; Робинсон, П. Х. (декабрь 1964 г.). «Пленочные кремниевые транзисторы на сапфире». Труды IEEE. 52 (12): 1487–1490. Дои:10.1109 / PROC.1964.3436.
  3. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2006-11-07. Получено 2006-11-12.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  4. ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-09-27. Получено 2010-02-04.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)]«Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-09-27. Получено 2010-02-04.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  5. ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-09-27. Получено 2010-02-04.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  6. ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-09-27. Получено 2010-02-04.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  7. ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-09-27. Получено 2010-02-04.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  8. ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-09-27. Получено 2010-02-04.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  9. ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2010-07-23. Получено 2010-02-04.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  10. ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2010-07-23. Получено 2010-02-04.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  11. ^ http://www.sensonetics.com
  12. ^ http://www.esi-tec.com

дальнейшее чтение

  • Кулурчелло, Эухенио (2009). Силикон-на-сапфире Схемы и системы, интерфейсы сенсора и биосенсора. Макгроу Хилл.