Kisel på safir

Kisel på safir (SOS) är en hetero-epitaxiell process för tillverkning av metall-oxid-halvledare (MOS) integrerade kretsar (IC) som består av ett tunt lager (vanligtvis tunnare än 0,6 µm ) av kisel odlat på en safir (Al ₂ O ₃ ) oblat . SOS är en del av kisel-på-isolator -familjen (SOI) av CMOS- teknologier (komplementära MOS).

används konstgjorda safirkristaller med hög renhet. Kislet avsätts vanligtvis genom nedbrytning av silangas (SiH ₄ ) på uppvärmda safirsubstrat. Fördelen med safir är att det är en utmärkt elektrisk isolator som förhindrar att ströströmmar orsakade av strålning sprids till närliggande kretselement. SOS stod inför tidiga utmaningar inom kommersiell tillverkning på grund av svårigheter att tillverka de mycket små transistorerna som används i moderna högdensitetsapplikationer. Detta beror på att SOS-processen resulterar i bildandet av dislokationer, tvilling- och staplingsfel från kristallgitterskillnader mellan safir och kisel. Dessutom finns det en viss av aluminium , ett dopmedel av p-typ , från substratet i kiseln närmast gränsytan.

Historia

1963 var Harold M. Manasevit den förste att dokumentera epitaxiell tillväxt av kisel på safir medan han arbetade på Autonetics - avdelningen av North American Aviation (nu Boeing ). 1964 publicerade han sina resultat tillsammans med kollegan William Simpson i Journal of Applied Physics. 1965 tillverkade CW Mueller och PH Robinson vid RCA Laboratories en MOSFET (metall-oxid-halvledarfälteffekttransistor) med kisel-på-safir-processen.

SOS användes först i flyg- och militära tillämpningar på grund av dess inneboende motståndskraft mot strålning . På senare tid har patenterade framsteg inom SOS-bearbetning och design gjorts av Peregrine Semiconductor , vilket gör att SOS kan kommersialiseras i högvolym för högpresterande radiofrekvenstillämpningar (RF).

Kretsar och system

Ett mikrochip av kisel på safir designat av e-Lab

Fördelarna med SOS-tekniken gör det möjligt för forskargrupper att tillverka en mängd olika SOS-kretsar och system som drar nytta av tekniken och utvecklar det senaste inom:

analog-till-digital-omvandlare (en nano-watts prototyp producerades av Yale e-Lab)
monolitiska digitala isoleringsbuffertar
SOS-CMOS-bildsensormatriser (en av de första standard-CMOS-bildsensormatriserna som kan transducera ljus samtidigt från båda sidor av formen producerades av Yale e-Lab)
patch-clamp förstärkare
energiinsamlingsanordningar
tredimensionell (3D) integration utan galvaniska anslutningar
ladda pumpar
temperatursensorer
tidiga mikroprocessorer, som RCA 1802

Ansökningar

Kisel på safir tryckgivare, tryckgivare och temperatursensormembran har tillverkats med en patenterad process av Armen Sahagen sedan 1985. Enastående prestanda i högtemperaturmiljöer hjälpte till att driva denna teknik framåt. Denna SOS-teknik har licensierats över hela världen. ESI Technology Ltd. i Storbritannien har utvecklat ett brett utbud av tryckgivare och tryckgivare som drar nytta av de enastående egenskaperna hos kisel på safir.

Peregrine Semiconductor har använt SOS-teknik för att utveckla RF-integrerade kretsar (RFIC) inklusive RF-omkopplare , digitala stegdämpare (DSA), frekvenssynthesizers med faslåst slinga (PLL), förskalare , blandare/ uppkonverterare och förstärkare med variabel förstärkning . Dessa RFIC:er är designade för kommersiella RF-applikationer som mobiltelefoner och cellulär infrastruktur, bredbandskonsumenter och DTV , test och mätning och industriell allmän säkerhet, såväl som hårda flyg- och försvarsmarknader .

Hewlett-Packard använde SOS i vissa av sina CPU- designer, särskilt i HP 3000- serien av datorer.

Substratanalys - SOS-struktur

Appliceringen av epitaxiell tillväxt av kisel på safirsubstrat för tillverkning av MOS-enheter involverar en kiselreningsprocess som mildrar kristalldefekter som är ett resultat av en oöverensstämmelse mellan safir- och kiselgitter. Till exempel är Peregrine Semiconductors SP4T- switch formad på ett SOS-substrat där den slutliga tjockleken av kisel är ungefär 95 nm. Kisel är försänkt i områden utanför polykiselportstapeln genom polyoxidation och ytterligare försänkt genom sidoväggsdistansbildningsprocessen till en tjocklek av ungefär 78 nm. ^{[ citat behövs ]}

Se även

Vidare läsning

Culurciello, Eugenio (2009). Silicon-on-Sapphire-kretsar och system, sensor- och biosensorgränssnitt . McGraw Hill .