最大的差異在於「電晶體下方是否有絕緣層」。SOI晶圓是在支撐基板上隔著埋入氧化層（BOX）放置一層薄矽層的結構，電晶體與基板在電性上被隔開。因此寄生電容與漏電流較小，不會發生閂鎖效應，也較能抵抗輻射。塊材矽晶圓是單一的矽晶體，晶圓價格便宜，熱容易傳導至基板散出，製造生態系也最為成熟。先進邏輯與記憶體大多採用塊材矽，而智慧型手機的高頻開關（RF-SOI）、低功耗的FD-SOI、矽光子等以絕緣隔離本身為價值的用途則選擇SOI。
主要差異
| 比較面向 | SOI晶圓 | 塊材矽晶圓 |
|---|---|---|
| 結構 | 支撐基板／埋入氧化層（BOX）／薄矽層共3層 | 單一的矽單晶 |
| 元件隔離 | 以BOX與基板絕緣 | 以pn接面與STI（填入淺溝槽的絕緣層）隔離 |
| 寄生電容 | 小（接面電容減少） | 比SOI大 |
| 閂鎖效應 | 原理上不會發生 | 需要在佈局等方面採取對策 |
| 抗輻射能力 | 高（不易發生軟錯誤） | 比SOI低 |
| 散熱 | BOX的熱傳導率低，自我發熱容易積聚 | 熱容易傳導至基板散出 |
| 晶圓價格 | 塊材矽的數倍 | 最便宜 |
| 主要製法 | Smart Cut（氫離子佈植＋接合＋剝離）、SIMOX等 | 將CZ法成長的單晶切割、研磨（視需要進行磊晶成長） |
| 主要用途 | RF開關、FD-SOI邏輯、矽光子、MEMS、車用與太空用途 | 先進邏輯（FinFET・GAA）、DRAM、NAND、通用IC |
1層絕緣膜帶來什麼改變
在塊材矽電晶體中，源極、汲極與基板之間存在pn接面，在此產生寄生電容與漏電流。每次訊號切換都必須對這個電容充放電，在速度與功耗兩方面都不利。SOI在電晶體正下方有BOX，因此這個接面電容大幅縮小，通往基板的漏電路徑也被切斷。此外，塊材CMOS需要針對寄生閘流體結構持續導通電流的閂鎖效應採取對策，但SOI的元件與基板絕緣，原理上不會發生。它也不易受到輻射在基板中產生的電荷影響，因此在太空與航空用途上一直受到重用。
SOI的種類與用途
SOI的特性會因上層矽層的厚度與用途而大不相同。將矽層薄化到十幾nm以下的FD-SOI（完全空乏型SOI），即使減少通道摻雜也能抑制短通道效應，並可藉由對BOX下方基板施加電壓的背偏壓，動態調整臨界電壓。適合低功耗IoT裝置與車用微控制器，意法半導體（STMicroelectronics）與格羅方德（GlobalFoundries）已量產。結合高阻基板與電荷捕捉層的RF-SOI，幾乎是智慧型手機高頻開關的標準材料。此外，將矽層作為光波導的矽光子，以及以厚矽層作為結構體的MEMS，也都會使用SOI。
SOI晶圓的製作方式
目前的主流是Soitec開發的Smart Cut法。在表面氧化的矽晶圓中佈植氫離子，於目標深度形成脆弱層，再與另一片支撐晶圓接合。以熱處理從脆弱層剝離後，氧化層與薄矽層便轉移到支撐晶圓上，剝離後的原晶圓可以再利用。最後將表面平坦化，使矽層厚度達到奈米級精度的一致。其他還有佈植氧離子在內部形成氧化層的SIMOX法，以及將接合後的晶圓研削、研磨薄化的方法。無論哪種，製程都比塊材晶圓多，這也是晶圓價格較高的原因。
先進邏輯選擇塊材矽的原因
在20nm世代前後平面電晶體的極限浮現時，業界面臨以FD-SOI延續平面結構，或在塊材基板上製作FinFET的兩條路。英特爾在22nm世代量產塊材FinFET，台積電與三星也採用塊材FinFET，先進邏輯的主流因而成為塊材矽。FinFET與GAA以立體結構確保閘極控制能力，即使沒有SOI的絕緣隔離也能抑制短通道效應，能以價格較低的塊材晶圓製作成為決定性因素。另一方面，FD-SOI作為專攻低功耗與RF整合的選項，建立了獨特的地位。
總結（該選哪一種）
在重視成本、散熱與既有製造生態系的先進邏輯與記憶體上，塊材矽較為合理。在低功耗、高頻特性、抗輻射能力，以及與光學或MEMS的相容性等以絕緣隔離本身為價值的用途上，則選擇SOI。判斷的關鍵在於晶圓價格的差距能否藉由電路效能或設計簡化來回收。