stringtranslate.com

Кремний на сапфире

Кремний на сапфире ( SOS ) — это гетероэпитаксиальный процесс производства интегральных схем (ИС) на основе металл-оксид-полупроводника (МОП) , которые состоят из тонкого слоя (обычно тоньше 0,6  мкм ) кремния , выращенного на сапфире ( Al
2О
3) пластина . SOS является частью семейства технологий КМОП (комплементарных МОП) на основе кремния на изоляторе (SOI) .

Обычно используются кристаллы сапфира высокой чистоты, выращенные искусственным путем. Кремний обычно осаждается путем разложения силанового газа ( SiH
4) на нагретых сапфировых подложках. Преимущество сапфира в том, что он является отличным электрическим изолятором , предотвращая распространение блуждающих токов , вызванных излучением, на близлежащие элементы схемы. SOS столкнулись с ранними проблемами в коммерческом производстве из-за трудностей в изготовлении очень маленьких транзисторов , используемых в современных высокоплотных приложениях. Это связано с тем, что процесс SOS приводит к образованию дислокаций, двойникования и дефектов упаковки из-за различий в кристаллической решетке между сапфиром и кремнием. Кроме того, в кремнии, ближайшем к интерфейсу, присутствует некоторое количество алюминия , легирующей примеси p-типа , от подложки.

История

В 1963 году Гарольд М. Манасевит был первым, кто задокументировал эпитаксиальный рост кремния на сапфире, работая в подразделении Autonetics компании North American Aviation (теперь Boeing). В 1964 году он опубликовал свои выводы с коллегой Уильямом Симпсоном в журнале Journal of Applied Physics. [1] В 1965 году CW Mueller и PH Robinson изготовили MOSFET ( полевой транзистор металл - оксид - полупроводник ) с использованием процесса кремния на сапфире в RCA Laboratories . [2]

SOS впервые был использован в аэрокосмических и военных приложениях из-за его присущей устойчивости к радиации . Совсем недавно, запатентованные достижения в обработке и проектировании SOS были сделаны Peregrine Semiconductor , что позволило коммерциализировать SOS в больших объемах для высокопроизводительных радиочастотных (РЧ) приложений.

Схемы и системы

Микрочип на основе кремния на сапфире, разработанный e-Lab [3]

Преимущества технологии SOS позволяют исследовательским группам создавать разнообразные схемы и системы SOS, которые используют преимущества этой технологии и продвигают вперед современный уровень техники в следующих областях:

Приложения

Датчик давления «кремний на сапфире», датчик давления и мембраны датчика температуры изготавливаются с использованием запатентованного процесса Армена Сахагена с 1985 года. [11] Выдающиеся характеристики в условиях высоких температур помогли продвинуть эту технологию вперед. Эта технология SOS была лицензирована во всем мире. ESI Technology Ltd. в Великобритании разработала широкий спектр датчиков давления и преобразователей давления, которые извлекают выгоду из выдающихся особенностей кремния на сапфире. [12]

Peregrine Semiconductor использовала технологию SOS для разработки интегральных схем RF (RFIC), включая RF-переключатели , цифровые ступенчатые аттенюаторы (DSA), синтезаторы частоты с фазовой автоподстройкой частоты (PLL), предделители , смесители/ преобразователи с повышением частоты и усилители с переменным коэффициентом усиления . Эти RFIC предназначены для коммерческих приложений RF, таких как мобильные телефоны и инфраструктура сотовой связи, широкополосный потребительский и DTV , тестирование и измерение, а также промышленная общественная безопасность, а также радиационно-стойкие рынки аэрокосмической и оборонной промышленности.

Компания Hewlett-Packard использовала SOS в некоторых своих конструкциях ЦП , в частности в компьютерах серии HP 3000. [13]

Чипы «кремний на сапфире», произведенные в 1970-х годах, оказались более производительными, чем их полностью кремниевые аналоги, но это достигалось ценой более низкого выхода годных — всего 9%. [14] [15]

Анализ субстрата: структура SOS

Применение эпитаксиального роста кремния на сапфировых подложках для изготовления МОП-устройств включает процесс очистки кремния, который смягчает дефекты кристалла, возникающие из-за несоответствия решеток сапфира и кремния. Например, переключатель SP4T компании Peregrine Semiconductor сформирован на подложке SOS, где окончательная толщина кремния составляет приблизительно 95 нм. Кремний углубляется в областях за пределами стека поликремниевого затвора путем полиокисления и далее углубляется процессом формирования спейсера боковой стенки до толщины приблизительно 78 нм. [ необходима цитата ]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Манасевит, Х. М.; Симпсон, У. Дж. (1964). «Монокристаллический кремний на сапфировой подложке». Журнал прикладной физики . 35 (4): 1349–51. Bibcode : 1964JAP....35.1349M. doi : 10.1063/1.1713618.
  2. ^ Мюллер, CW; Робинсон, PH (декабрь 1964 г.). «Кремниевые транзисторы, выращенные на сапфире». Труды IEEE . 52 (12): 1487–90. doi :10.1109/PROC.1964.3436.
  3. ^ "e-Lab". Архивировано из оригинала 2006-11-07 . Получено 2006-11-12 .
  4. ^ Culurciello, Eugenio; Andreou, Andreas G. (сентябрь 2006 г.). "8-битный 800-мкВт 1,23-МС/с АЦП последовательного приближения в SOI CMOS" (PDF) . IEEE Transactions on Circuits and Systems . 53 (9): 858–861. doi :10.1109/TCSII.2006.880021. S2CID  25906118.
  5. ^ Фу, Чжэнмин; Виракун, Пуджита; Кулурсиелло, Эухенио (16 марта 2006 г.). «Нановаттный кремний-на-сапфировом АЦП с использованием цепи конденсаторов 2C-1C» (PDF) . Electronics Letters . 42 (6): 341–3. Bibcode :2006ElL....42..341F. doi :10.1049/el:20060109.
  6. ^ Culurciello, E.; Pouliquen, P.; Andreou, AG (21–24 мая 2006 г.). «Цифровая фазовая модуляция для изолирующего буфера в кремний-на-сапфире CMOS». 2006 IEEE International Symposium on Circuits and Systems . IEEE International Symposium on Circuits and Systems 2006. стр. 3710–3713. CiteSeerX 10.1.1.84.376 . doi :10.1109/ISCAS.2006.1693433. ISBN  0-7803-9389-9.
  7. ^ Culurciello, E.; Andreou, AG (8 января 2004 г.). "16×16 пикселей кремний на сапфировой КМОП-матрице цифрового пиксельного фотосенсора" (PDF) . Electronics Letters . 40 (1): 66–68. Bibcode :2004ElL....40...66C. doi :10.1049/el:20040055.
  8. ^ Laiwalla, F.; Klemic, KG; Sigworth, FJ; Culurciello, E. (21–24 мая 2006 г.). «Интегрированный усилитель с зажимом уровня в кремниево-сапфировой КМОП-структуре». 2006 IEEE International Symposium on Circuits and Systems . IEEE International Symposium on Circuits and Systems 2006. pp. 4054–7. doi :10.1109/ISCAS.2006.1693519. ISBN 0-7803-9389-9.
  9. ^ ab Kaya, T.; Koser, H.; Culurciello, E. (27 апреля 2006 г.). "Низковольтный датчик температуры для микромощных харвестеров в кремниево-сапфировой КМОП-структуре" (PDF) . Electronics Letters . 42 (9): 526–8. Bibcode :2006ElL....42..526K. doi :10.1049/el:20060867.
  10. ^ Culurciello, Eugenio; Pouliquen, Philippe O.; Andreou, Andreas G. (24 января 2005 г.). "Isolation charge pump fabricated in silicon on sapphire CMOS technology" (PDF) . Electronics Letters . 41 (10): 520–592. Bibcode :2005ElL....41..590C. doi :10.1049/el:20050312.
  11. ^ «Продукция высокотемпературных датчиков давления «кремний-на-сапфире»».
  12. ^ «Датчики давления, тензодатчики, телеметрические системы».
  13. ^ Эдвардс, Ричард К. (сентябрь 1979 г.). «Технология SOS позволяет получить недорогую компьютерную систему HP 3000» (PDF) . Hewlett-Packard Journal . 30 (9): 3–6 . Получено 29.12.2021 .
  14. ^ «Прозрачный процессор, найденный в старинном компьютере HP – экзотический чип «кремний на сапфире», обнаруженный на скромной печатной плате дисковода». 21 декабря 2023 г.
  15. ^ «Прозрачный чип внутри старинного дисковода Hewlett-Packard».

Дальнейшее чтение