Пластины Silicon-on-Sapphire (SOS) для радстойкой электроники
Плоскость R-plane сапфира с эпитаксиальным монокристаллическим (100) Si, выращенным методом <strong>гетероэпитаксии CVD + SPE</strong> — для <strong>низкопотерь вЧ</strong>, работы при повышенных температурах и радиационно-стойких систем.
Обзор продукта
Пластины GINECHIP Silicon-on-Sapphire (SOS) сочетают изолятор на основе сапфира R-plane с высококачественной монокристаллической пленкой Si (100), выращенной методом гетероэпитаксии CVD + SPE для стабильного изготовления устройств.
Для тяжелых условий эксплуатации SOS обеспечивает истинную диэлектрическую изоляцию с <strong>отсутствием защёлкивания</strong> и <strong>высокой радиационной стойкостью</strong>, сохраняя при этом требования к низкой плотности дефектов и низкой шероховатости для ВЧ и аналоговых ИС.
Ключевые преимущества: <strong>диэлектрическая изоляция</strong>, <strong>отсутствие latch-up</strong> и <strong>радиационно-стойкая работа</strong>.
Почему выбирают SOS
SOS обеспечивает <strong>все-диэлектрическую изоляцию</strong> за счет сапфира как изолятора, поддерживая надежную работу электроники с ограниченным питанием и высокой надежностью без риска latch-up.
Благодаря <strong>низкой плотности дефектов</strong>, контролируемому качеству поверхности/границы и <strong>радиационной стойкости</strong> выше 100 krad(Si) без latch-up, SOS подходит для космических, оборонных и высокотемпературных платформ.
Качество Si-плёнки
Монокристаллический (100) Si на сапфире R-plane с <strong>XRD FWHM < 0.5°</strong> и <strong>RMS шероховатостью < 0.5 нм</strong>, обеспечивая стабильную целостность пленки для продвинутых процессов изготовления.
Надёжность и размерный контроль
<strong>Для фотолитографии: контроль TTV и прогиба.</strong> SOS «Si-на-сапфире» обеспечивает <strong>TTV < 5 μm</strong> и <strong>прогиб < 15 μm (150 мм)</strong>, поддерживая стабильное обращение с пластиной, равномерное формирование рисунка и надежное совмещение процессов. Доступная толщина: 330–650 μm с подходящей равномерностью для высоких выходов.
Тепловые и механические характеристики
<strong>Поддержка стабильной работы от низких до высоких температур.</strong> Технология SOS сапфир/Si рассчитана на диапазон <strong>от -55°C до +300°C</strong> и имеет <strong>теплопроводность 40 Вт/м·К</strong>. Это помогает сохранять электрическую и технологическую стабильность при температурных колебаниях.
Процесс осаждения и изготовления
Комбинация CVD-гетероэпитаксиального роста и твердотельной эпитаксии (SPE) формирует <strong>пленку монокристаллического (100) Si</strong> на сапфире R-plane (1-102) толщиной <strong>100nm-1000nm</strong>. Плотность микродвойников составляет <strong><10^6/cm²</strong>, а граница Si/сапфир является резкой для надежной работы устройств.
Сравнение SOS и SOI
SOS использует изолятор из монокристаллического сапфира, тогда как SOI опирается на SiO₂ как на подзатворный диэлектрик (buried oxide). В таблице показаны ключевые компромиссы — особенно для <strong>радиационно-стойкой (rad-hard) работы</strong>, тепловой стабильности и поведения в RF-диапазоне.
| Параметр | SOS | SOI |
|---|---|---|
| Скрытый изолятор | Sapphire (Al₂O₃, single crystal) | SiO₂ (amorphous) |
| Изолятор εᵣ | 9.4–11.5 | 3.9 |
| Теплопроводность | 40 W/m·K (sapphire) | 1.4 W/m·K (SiO₂) |
| Радиационная стойкость | > 100 krad(Si), no latchup | Up to 100 krad(Si), BOX trapping |
| Макс. рабочая температура | 300°C | 250°C |
| Потери в подложке (RF) | Extremely low (insulating sapphire) | Low, but HR-Si handle needed |
| Качество Si-плёнки | Heteroepitaxial (defects at interface) | Single-crystal (smart-cut or BESOI) |
| Диаметр пластины | 2″–8″ | 100mm–300mm |
| Стоимость | $$$ | $$ |
Контроль качества и надежность
Контроль качества подтверждается значениями XRD FWHM <0.5° и плотностью дефектов <10⁶/cm². Радиационная стойкость принимается по партии с использованием Co-60 и до 100 krad(Si). Каждая пластина проходит 100% инспекцию, а поставка осуществляется в вакуумной герметичной упаковке Class 100.
Технические характеристики
| Параметр | Значение / Спецификация |
|---|---|
| Базовая подложка | R-plane (1-102) sapphire, 2″–8″ diameters, 330–650μm thick |
| Толщина кремниевой плёнки | 100nm, 150nm, 200nm, 300nm, 500nm, 1000nm, ±10% tolerance |
| Метод осаждения | CVD heteroepitaxial growth, solid-phase epitaxy |
| Качество кристалла кремния | Single-crystal (100) Si on R-plane sapphire, FWHM < 0.5° XRD |
| Удельное сопротивление | Intrinsic: > 100 Ω·cm; N-type or P-type doped per specification |
| Подвижность | Electron μₑ: 400–700 cm²/V·s; Hole μₕ: 150–250 cm²/V·s |
| Плотность дефектов | Microtwin density reduced via SPE, < 10⁶/cm² |
| Шероховатость поверхности | RMS < 0.5nm |
| TTV/Прогиб | TTV < 5μm, Bow < 15μm for 150mm |
| Качество скрытой границы | Si/Sapphire interface: abrupt, contamination < 5×10¹¹/cm² |
| Диэлектрическая изоляция | Sapphire insulator: εᵣ = 9.4–11.5 |
| Теплопроводность | Sapphire: 40 W/m·K |
| Рабочая температура | -55°C to +300°C with appropriate metallization |
| Стойкость к радиации | > 100 krad(Si) total dose, no latchup |
| Корпусировка | Vacuum-sealed single-wafer cassette, Class 100 |
Применения
Радиационно-стойкий CMOS
SOS — премиальная подложка для радиационно-стойких интегральных схем в космических, оборонных и ядерных применениях. Изолирующая сапфировая подложка полностью устраняет защёлкивание (latch-up) — паразитный тиристорный эффект, разрушающий объёмные CMOS ИС при облучении тяжёлыми ионами или протонами. Схемы SOS CMOS выдерживают суммарную ионизирующую дозу (TID) свыше 100 krad(Si) и обладают устойчивостью к одиночному защёлкиванию (SEL) при LET > 120 MeV·cm²/mg.
RF-переключатели и фронтенды
Изолирующая сапфировая подложка устраняет проводящую кремниевую пластину-носитель, присутствующую в обычных SOI, что резко снижает потери RF в подложке. RF-переключатели SOS обеспечивают вносимые потери < 0,3 dB и развязку > 30 dB на частоте 2 GHz, а гармонические искажения (HD2/HD3) у них значительно ниже, чем у объёмного CMOS или альтернатив на GaAs pHEMT. Это критично для настройки антенн и выбора диапазонов в многорежимных смартфонах 4G/5G.
Высокотемпературная электроника
Схемы SOS CMOS надёжно работают в диапазоне от -55 °C до +300 °C благодаря полной диэлектрической изоляции, устраняющей утечку переходов — основной механизм отказа объёмного кремния при повышенных температурах. Применения включают глубинное нефтегазовое приборное оборудование, электронику моторного отсека автомобилей и интерфейсы датчиков реактивных двигателей, где обычный кремний отказывает выше 200 °C.
Интегральная фотоника
Подложки SOS сочетают высокопреломляющий приборный слой кремния (n = 3,47) на сапфировой подложке с умеренным показателем преломления (n = 1,77), обеспечивая достаточный контраст показателя преломления для субмикронных оптических волноводов и одновременно позволяя эванесцентную связь с сапфиром для среднего ИК-зондирования. Фотонные платформы SOS, работающие на 1,55μm и в среднем ИК-диапазоне (3–5μm), применяются для спектроскопии на чипе и химического зондирования.
Детекторы рентгеновского излучения и частиц
Пиксельные детекторы SOS для экспериментов по физике высоких энергий и синхротронной рентгеновской визуализации выигрывают от полностью обеднённой, низкоёмкостной кремниевой плёнки на изолирующей подложке. Отсутствие проводящего объёма устраняет перекрёстные помехи между соседними пикселями, а радиационная стойкость обеспечивает стабильную работу в течение многих лет воздействия высоких потоков на установках типа CERN и пучковых линиях синхротронов.
Аэрокосмические и спутниковые системы
Технология SOS развёрнута более чем в 200 спутниковых программах, включая GPS Block III, Iridium NEXT и миссии марсоходов. Сочетание радиационной стойкости, широкого диапазона температур и подтверждённой лётной истории (> 500 млн прибор-часов на орбите) делает SOS надёжной подложкой для бортовой авионики ответственного назначения, звёздных датчиков и телекоммуникационных полезных нагрузок.
Метрология и контроль качества
Каждый вафер проходит инспекцию с использованием указанных ниже методов метролoгии. <strong>CoA включается в каждую поставку</strong>. Для приемки партии предоставляются <strong>100% параметрических данных</strong>.
Поставим SOS-вафли
<strong>Доступны индивидуальные значения по толщине, легированию и диаметрам</strong>. Сообщите ваши требования и поговорите с нашими инженерами.