最後更新:2026年10月8日半導體材料矽晶圓製造(長晶・切片・研磨)中國大陸:绝缘体上硅

SOI(絕緣層上覆矽)是什麼

Silicon On Insulator

SOI(絕緣層上覆矽)是在矽基板上夾入埋入氧化層(BOX),並在其上的薄矽層形成電晶體的基板技術。由於元件與底層絕緣隔離,在降低接面電容、抑制漏電、抗閂鎖效應及抗輻射能力方面表現優異。FD-SOI用於低功耗的車用與IoT領域。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

SOI(Silicon On Insulator)是在矽基板上夾入埋入氧化層(BOX:Buried Oxide),並在其上的薄矽層形成電晶體的基板技術。由於元件與底層基板絕緣隔離,在降低接面電容、抑制漏電、抗閂鎖效應及抗輻射能力方面表現優異,具有與一般塊材矽(bulk silicon)不同的優點。

SOI分為矽層較厚、僅部分空乏的部分空乏型(PD-SOI),以及極薄矽層全部空乏的完全空乏型(FD-SOI)。FD-SOI幾乎不需要對通道摻雜,能在抑制短通道效應的同時,以本體偏壓動態控制臨界電壓,因此適合低功耗IoT、車用MCU與5G RF。

SOI的主要優點是降低寄生電容帶來的高速化與低功耗,以及高抗軟錯誤能力。意法半導體(STMicroelectronics)與格羅方德(GlobalFoundries,22FDX)已量產FD-SOI,RF-SOI則在全球廣泛用於智慧型手機的高頻開關與天線調諧器。它作為與FinFET微縮途徑不同的選項並存。

SOI晶圓以Soitec擁有專利的SmartCut™(氫離子佈植+貼合+剝離)或貼合法(BSOI)製造。搭配fdsoi條目了解完全空乏型SOI、搭配矽晶圓條目了解與化合物的差異,便能更清楚掌握其在整體基板技術中的定位。

SOI(絕緣層上覆矽)的常見問題

SOI與塊材矽有何不同?
塊材矽的電晶體直接與基板相連,SOI則以埋入氧化層(BOX)與基板絕緣隔離。因此接面電容與漏電流減少,原理上不會發生閂鎖效應,抗輻射能力也較高。
FD-SOI與PD-SOI有何不同?
FD-SOI(完全空乏型)的矽層薄至5~7nm,運作時整個通道都會空乏,因此抑制短通道效應的效果優異,也能進行本體偏壓控制。PD-SOI(部分空乏型)的矽層較厚、僅部分空乏,存在稱為歷史效應(history effect)的特性變動課題。
SOI用於哪些用途?
FD-SOI(22FDX、12FDX)用於要求超低功耗的IoT、車用與穿戴式裝置,RF-SOI用於智慧型手機的高頻前端,此外也利用其抗輻射能力用於太空與軍事用途。

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