Silicon-on-Sapphire (SOS)-Wafer für Rad-Hard-Elektronik
R-Plane-Saphir mit epitaktischem Einkristall-(100)-Si, gewachsen per <strong>CVD-Heteroepitaxie + SPE</strong> — ausgelegt für <strong>verlustarmes HF</strong>, Hochtemperaturbetrieb und rad-harte Systeme.
Produktübersicht
GINECHIP Silicon-on-Sapphire (SOS)-Wafer verbinden einen R-Plane-Saphir-Insulator mit einer hochwertigen einkristallinen (100)-Si-Schicht, gewachsen per CVD-Heteroepitaxie + SPE—für eine robuste Bauteilfertigung.
Für anspruchsvolle Umgebungen ausgelegt: SOS bietet echte dielektrische Isolation mit <strong>keinem Latch-up</strong> und <strong>hoher Strahlungstoleranz</strong> und erfüllt zugleich die Anforderungen an geringe Defekte und geringe Rauheit für RF- und Analog-ICs.
Kernvorteile: <strong>dielektrische Isolation</strong>, <strong>kein Latch-up</strong> und <strong>rad-harte Leistung</strong>.
Warum SOS wählen
SOS bietet <strong>vollständige dielektrische Isolation</strong> mit Saphir als Isolator—für robuste Elektronik mit hoher Zuverlässigkeit und ohne Latch-up-Risiko.
Mit <strong>geringer Defektdichte</strong>, kontrollierter Oberflächen-/Interface-Qualität und <strong>Rad-Hard</strong>-Robustheit über 100 krad(Si) ohne Latch-up eignet sich SOS für Raumfahrt, Verteidigung und Hochtemperatur-Plattformen.
Qualität der Silizium-Filmschicht
Einkristallines (100)-Si auf R-Plane-Saphir mit <strong>XRD FWHM < 0,5°</strong> und <strong>RMS-Rauheit < 0,5 nm</strong>—für stabile Filmintegrität in anspruchsvollen Prozessschritten.
Zuverlässigkeit & Maßkontrolle des Wafers
<strong>TTV- und Biege-Kontrolle für lithografietaugliche Wafer.</strong> SOS-Si-on-Sapphire-Wafer weisen <strong>TTV < 5 μm</strong> und <strong>Bow < 15 μm (150 mm)</strong> auf. Das unterstützt einen stabilen Wafer-Handling-Prozess, gleichmäßige Musterbildung und zuverlässige Prozessausrichtung. Verfügbare Waferdicke: 330–650 μm mit geeigneter Dickenuniformität für hohe Ausbeute.
Thermische & mechanische Leistung
<strong>Ausgelegt für stabilen Betrieb von Kalt- bis Hochtemperatur.</strong> Die SOS-Technologie Sapphire/Si unterstützt den Betrieb von <strong>-55°C bis +300°C</strong> und besitzt <strong>thermische Leitfähigkeit von 40 W/m·K</strong>. So bleiben elektrische und Prozessstabilität auch bei Temperatursprüngen besser erhalten.
Ablagerungs- und Fertigungsprozess
Durch CVD-Heteroepitaxie plus Solid-Phase-Epitaxie (SPE) entsteht eine <strong>monokristalline (100) Si-Schicht</strong> auf R-Plane (1-102)-Saphir mit einer Dicke von <strong>100nm-1000nm</strong>. Die Mikrozwillingsdichte liegt bei <strong><10^6/cm²</strong>, und die Si/Saphir-Grenzfläche ist abrupt – für eine zuverlässige Geräteperformance.
Vergleich SOS vs. SOI
SOS verwendet einen Isolator aus einkristallinem Saphir, während SOI auf SiO₂ als buried oxide (BOx) setzt. Diese Tabelle hebt die wesentlichen Trade-offs hervor – insbesondere für <strong>rad-harte Leistung</strong>, thermische Stabilität und das RF-Verhalten.
| Parameter | SOS | SOI |
|---|---|---|
| Vergrabener Isolator | Sapphire (Al₂O₃, single crystal) | SiO₂ (amorphous) |
| Isolator εᵣ | 9.4–11.5 | 3.9 |
| Wärmeleitfähigkeit | 40 W/m·K (sapphire) | 1.4 W/m·K (SiO₂) |
| Strahlungshärte | > 100 krad(Si), no latchup | Up to 100 krad(Si), BOX trapping |
| Max. Betriebstemperatur | 300°C | 250°C |
| Substratverlust (RF) | Extremely low (insulating sapphire) | Low, but HR-Si handle needed |
| Si-Filmqualität | Heteroepitaxial (defects at interface) | Single-crystal (smart-cut or BESOI) |
| Wafer-Durchmesser | 2″–8″ | 100mm–300mm |
| Kosten | $$$ | $$ |
Qualitätssicherung & Zuverlässigkeit
Die Qualitätssicherung wird über XRD FWHM <0.5° sowie eine Defektdichte von <10⁶/cm² geprüft. Die Strahlenfestigkeit wird pro Charge mit Co-60 bis 100 krad(Si) akzeptiert. Jede Wafer wird zu 100% geprüft und in vakuumversiegelter Class-100-Verpackung versandt.
Spezifikationen
| Parameter | Wert / Spezifikation |
|---|---|
| Basissubstrat | R-plane (1-102) sapphire, 2″–8″ diameters, 330–650μm thick |
| Siliziumfilmdicke | 100nm, 150nm, 200nm, 300nm, 500nm, 1000nm, ±10% tolerance |
| Abscheideverfahren | CVD heteroepitaxial growth, solid-phase epitaxy |
| Silizium-Kristallqualität | Single-crystal (100) Si on R-plane sapphire, FWHM < 0.5° XRD |
| Spezifischer Widerstand | Intrinsic: > 100 Ω·cm; N-type or P-type doped per specification |
| Beweglichkeit | Electron μₑ: 400–700 cm²/V·s; Hole μₕ: 150–250 cm²/V·s |
| Defektdichte | Microtwin density reduced via SPE, < 10⁶/cm² |
| Oberflächenrauheit | RMS < 0.5nm |
| TTV/Bow | TTV < 5μm, Bow < 15μm for 150mm |
| Qualität der vergrabenen Grenzfläche | Si/Sapphire interface: abrupt, contamination < 5×10¹¹/cm² |
| Dielektrische Isolierung | Sapphire insulator: εᵣ = 9.4–11.5 |
| Wärmeleitfähigkeit | Sapphire: 40 W/m·K |
| Betriebstemperatur | -55°C to +300°C with appropriate metallization |
| Strahlungstoleranz | > 100 krad(Si) total dose, no latchup |
| Verpackung | Vacuum-sealed single-wafer cassette, Class 100 |
Anwendungen
Strahlungsgehärtetes CMOS
SOS ist das Premium-Substrat für strahlungsgehärtete integrierte Schaltungen in Raumfahrt-, Verteidigungs- und Nuklearanwendungen. Das isolierende Saphirsubstrat eliminiert Latch-up vollständig — den parasitären Thyristoreffekt, der Bulk-CMOS-ICs unter Schwerionen- oder Protonenbestrahlung zerstört. SOS-CMOS-Schaltungen widerstehen einer totalen ionisierenden Dosis (TID) von über 100 krad(Si) und sind gegen Single-Event-Latch-up (SEL) bis LET > 120 MeV·cm²/mg immun.
RF-Schalter und Frontends
Das isolierende Saphirsubstrat eliminiert den leitfähigen Silizium-Handle-Wafer herkömmlicher SOI und reduziert die RF-Substratverluste drastisch. SOS-RF-Schalter erreichen bei 2 GHz eine Einfügedämpfung < 0,3 dB und eine Isolation > 30 dB, wobei die harmonische Verzerrung (HD2/HD3) deutlich geringer ist als bei Bulk-CMOS oder GaAs-pHEMT-Alternativen. Unverzichtbar für Antennenabstimmung und Bandauswahl in Multimode-4G/5G-Smartphones.
Hochtemperatur-Elektronik
SOS-CMOS-Schaltungen arbeiten zuverlässig von -55°C bis +300°C, da die vollständige dielektrische Isolierung Leckströme über Sperrschichten — den primären Ausfallmechanismus von Bulk-Silizium bei erhöhten Temperaturen — eliminiert. Anwendungen umfassen Bohrloch-Instrumentierung für Öl und Gas, Elektronik im Motorraum von Fahrzeugen und Sensorschnittstellen für Strahltriebwerke, bei denen herkömmliches Silizium oberhalb von 200°C versagt.
Integrierte Photonik
SOS-Substrate kombinieren eine hochbrechende Silizium-Bauelementschicht (n = 3,47) auf einem Saphirsubstrat mit mittlerem Brechungsindex (n = 1,77) und bieten damit ausreichenden Brechungsindexkontrast für Submikron-Optikwellenleiter, während sie eine evaneszente Kopplung an den Saphir für die Mittel-IR-Sensorik ermöglichen. SOS-photonische Plattformen bei 1,55μm und im Mittel-IR (3–5μm) werden für On-Chip-Spektroskopie und chemische Sensorik eingesetzt.
Röntgen- und Teilchendetektoren
SOS-Pixeldetektoren für Experimente der Hochenergiephysik und die Synchrotron-Röntgenbildgebung profitieren von der vollständig verarmten, kapazitätsarmen Siliziumschicht auf einem isolierenden Substrat. Das Fehlen eines leitfähigen Bulks eliminiert Übersprechen zwischen benachbarten Pixeln, während die Strahlungshärte einen stabilen Betrieb über Jahre hoher Flussbelastung an Einrichtungen wie CERN und Synchrotron-Strahlrohren gewährleistet.
Luft- und Raumfahrt- und Satellitensysteme
Die SOS-Technologie wurde in über 200 Satellitenprogrammen eingesetzt, darunter GPS Block III, Iridium NEXT und Marsrover-Missionen. Die Kombination aus Strahlungshärte, weitem Temperaturbereich und nachgewiesener Flugerprobung (> 500 Millionen Gerätestunden im Orbit) macht SOS zum vertrauenswürdigen Substrat für missionskritische Raumfahrzeug-Avionik, Sternsensoren und Kommunikationsnutzlasten.
Messtechnik & Qualitätskontrolle
Jeder Wafer wird mit den unten aufgeführten Messverfahren geprüft. <strong>CoA ist in jeder Lieferung enthalten</strong>. Für die Chargenabnahme erhalten Sie <strong>100% parametrierte Daten</strong>.
SOS-Wafer beziehen
<strong>Individuelle Dicke, Dotierung und Durchmesser</strong> sind verfügbar. Teilen Sie uns Ihre Anforderungen mit und sprechen Sie mit unseren Ingenieuren.