SOI سبسٹریٹ کیا ہے؟

چپ بنانے کے عمل میں، اصطلاح "SOI" اکثر سنی جاتی ہے۔ اور چپ مینوفیکچرنگ عام طور پر انٹیگریٹڈ سرکٹس بنانے کے لیے SOI سبسٹریٹس کا استعمال کرتی ہے۔ SOI سبسٹریٹس کی منفرد ساخت چپس کی کارکردگی کو بہت بہتر بنا سکتی ہے، تو SOI اصل میں کیا ہے؟ اس کے فوائد کیا ہیں؟ یہ کن شعبوں میں استعمال ہوتا ہے؟ یہ کیسے تیار کیا جاتا ہے؟

SOI سبسٹریٹ کیا ہے؟

SOI Silicon-on-Insulator کا مخفف ہے۔ اس کا لفظی مطلب ہے ایک موصل پرت پر سلکان۔ اصل ڈھانچہ یہ ہے کہ سلکان ویفر پر ایک انتہائی پتلی موصل تہہ ہے، جیسا کہ SiO2۔ موصل پرت پر ایک اور پتلی سیلیکون پرت ہے۔ یہ ڈھانچہ فعال سلکان پرت کو سبسٹریٹ کی سلکان پرت سے الگ کرتا ہے۔ روایتی سلکان کے عمل میں، چپ انسولیٹر پرت کا استعمال کیے بغیر براہ راست سلکان سبسٹریٹ پر بنتی ہے۔

SOI سبسٹریٹ کے کیا فوائد ہیں؟

کم سبسٹریٹ رساو کرنٹ
سلکان آکسائیڈ (SiO2) کی ایک موصل تہہ کی موجودگی کی وجہ سے، یہ ٹرانزسٹر کو زیرِ نظر سلکان سبسٹریٹ سے مؤثر طریقے سے الگ کر دیتا ہے۔ یہ تنہائی فعال پرت سے سبسٹریٹ تک غیر مطلوبہ موجودہ بہاؤ کو کم کرتی ہے۔ رساو کرنٹ درجہ حرارت کے ساتھ بڑھتا ہے، لہذا اعلی درجہ حرارت والے ماحول میں چپ کی وشوسنییتا کو نمایاں طور پر بہتر کیا جا سکتا ہے۔

پرجیوی گنجائش کو کم کریں۔
SOI ڈھانچے میں، پرجیوی گنجائش نمایاں طور پر کم ہو جاتی ہے۔ پرجیوی گنجائش اکثر رفتار کو محدود کرتی ہے اور بجلی کی کھپت میں اضافہ کرتی ہے، اس لیے وہ سگنل ٹرانسمیشن کے دوران اضافی تاخیر کا اضافہ کرتے ہیں اور اضافی توانائی استعمال کرتے ہیں۔ ان پرجیوی صلاحیتوں کو کم کرکے، تیز رفتار یا کم طاقت والے چپس میں ایپلی کیشنز عام ہیں۔ CMOS کے عمل میں بنائے گئے عام چپس کے مقابلے میں، SOI چپس کی رفتار میں 15% اضافہ کیا جا سکتا ہے اور بجلی کی کھپت کو 20% تک کم کیا جا سکتا ہے۔

شور کی تنہائی
مخلوط سگنل ایپلی کیشنز میں، ڈیجیٹل سرکٹس کے ذریعے پیدا ہونے والا شور اینالاگ یا RF سرکٹس میں مداخلت کر سکتا ہے، اس طرح سسٹم کی کارکردگی کو کم کر دیتا ہے۔ چونکہ SOI کا ڈھانچہ فعال سلیکون پرت کو سبسٹریٹ سے الگ کرتا ہے، اس لیے یہ دراصل ایک قسم کی موروثی شور کی تنہائی حاصل کرتی ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ ڈیجیٹل سرکٹس کے ذریعے پیدا ہونے والے شور کو سبسٹریٹ کے ذریعے حساس اینالاگ سرکٹس تک پھیلانا زیادہ مشکل ہے۔

SOI سبسٹریٹ کیسے تیار کیا جائے؟

عام طور پر تین طریقے ہیں: SIMOX، BESOI، کرسٹل گروتھ کا طریقہ، وغیرہ۔ محدود جگہ کی وجہ سے، ہم یہاں زیادہ عام SIMOX ٹیکنالوجی متعارف کراتے ہیں۔
SIMOX، Separation by IMplantation of OXygen کا پورا نام، آکسیجن آئن امپلانٹیشن اور اس کے بعد اعلی درجہ حرارت کی اینیلنگ کا استعمال سلیکن کرسٹل میں ایک موٹی سلکان ڈائی آکسائیڈ (SiO2) پرت بنانے کے لیے ہے، جو SOI ڈھانچے کی انسولیٹر پرت کے طور پر کام کرتی ہے۔

اعلی توانائی والے آکسیجن آئنوں کو سلکان سبسٹریٹ میں ایک مخصوص گہرائی میں لگایا جاتا ہے۔ آکسیجن آئنوں کی توانائی اور خوراک کو کنٹرول کرکے، مستقبل کی سلکان ڈائی آکسائیڈ پرت کی گہرائی اور موٹائی کا تعین کیا جا سکتا ہے۔ آکسیجن آئنوں کے ساتھ لگائے گئے سلیکون ویفر کو اعلی درجہ حرارت اینیلنگ کے عمل سے گزرنا پڑتا ہے، عام طور پر 1100 ڈگری اور 1300 ڈگری کے درمیان۔ اس اعلی درجہ حرارت پر، امپلانٹڈ آکسیجن آئن سلیکون کے ساتھ رد عمل کرتے ہوئے ایک مسلسل سلکان ڈائی آکسائیڈ کی تہہ بناتے ہیں۔ یہ موصل تہہ سلکان سبسٹریٹ کے نیچے دب جاتی ہے، جس سے SOI ڈھانچہ بنتا ہے۔ سطح کی سلکان کی پرت چپ بنانے کے لیے فنکشنل پرت بن جاتی ہے، جبکہ نیچے کی سلکان ڈائی آکسائیڈ پرت ایک انسولیٹر پرت کے طور پر کام کرتی ہے، فنکشنل پرت کو سلکان سبسٹریٹ سے الگ کرتی ہے۔

کن چپس میں SOI سبسٹریٹس استعمال ہوتے ہیں؟

انہیں CMOS ڈیوائسز، RF ڈیوائسز، اور سلکان فوٹوونک ڈیوائسز میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔

SOI سبسٹریٹس کی ہر پرت کی عام موٹائیاں کیا ہیں؟

سلیکون سبسٹریٹ پرت کی موٹائی: 100μm / 300μm / 400μm / 500μm / 625μm ~ اور اس سے اوپر
SiO2 موٹائی: 100 nm سے 10μm
فعال سلکان پرت: 20nm سے زیادہ یا اس کے برابر