Silicon on insulator

Silicon on insulator

Silicon on insulator (SOI, deutsch „Silicium auf einem Isolator“) bezeichnet eine Herstellungstechnologie für Schaltkreise aus Silizium-Transistoren. Diese befinden sich auf einem isolierenden Material, wodurch sich kürzere Schaltzeiten und geringere Leistungsaufnahmen, besonders bezüglich der Leckströme, ergeben. Sie wurde zuerst von AMD[1][2] für den AMD K8 [3] entwickelt und großtechnisch umgesetzt.

Aufbau

Schematischer Aufbau eines CMOS-Chips in den 2000ern (Ausschnitt). Im Fertigungsabschnitt FEOL ist u. a. die Darstellung der SOI-Technik zu sehen.

Im Gegensatz zu gewöhnlichen Transistoren, die direkt auf dem Silizium-Wafer gefertigt werden, haben die Transistoren auf einer Isolatorschicht eine geringere Kapazität, so dass die bis zum Schalten benötigten Ladungen verringert werden. Durch die so verringerten Schaltzeiten werden höhere Taktraten ermöglicht. Gleichzeitig wird so die Leistungsaufnahme verringert, wodurch sich auch eine geringere Verlustleistung ergibt, was beispielsweise einen Betrieb mit schwächerer und damit leiserer Kühlung möglich macht. Jedoch kam es zu erheblichen Verzögerungen bei der Entwicklung der ersten Großserie in SOI-Technologie durch AMD, die in anfänglich zu hohen Kapazitäten und damit zu niedrigen Taktraten vermutet wurden. Ein weiterer Vorteil der SOI-Technik ist eine geringere Empfindlichkeit gegenüber ionisierender Strahlung.

Zur Herstellung muss man entweder eine dünne Siliziumschicht auf ein isolierendes Material, bevorzugt Saphir, auftragen, oder eine isolierende Schicht aus Siliziumdioxid in einen Siliziumkristall einbringen. Letzteres kann mit der sogenannten SIMOX-Technik erfolgen, bei der zunächst mit Hilfe eines Ionenstrahls Sauerstoffionen implantiert werden, worauf der Kristall erhitzt wird, um die Oxidschicht zu erhalten.

Eine weitere Methode ist das sog. Bonden, bei dem ein Si-Wafer thermisch oxidiert wird und dann auf diese Oxidschicht ein zweiter mit seiner einkristallinen Oberfläche gelegt und mit ihm verbunden wird. Weitere Prozesse dünnen den zweiten Wafer bis auf wenige Mikrometer ab.

Wichtige Hersteller von Prozessoren mit SOI-Technik sind heute Globalfoundries, Freescale und IBM, wobei auch Intel Schaltungen mit SOI-Technik angekündigt hat.

Einzelnachweise

  1. ↑ D. L. Wollesen: Silicon-on-insulator configuration which is compatible with bulk CMOS architecture. Patent US 6215155, 10. April 2001 (URL: [1]).
  2. ↑ D. L. Wollesen: Silicon oxide insulator (SOI) semiconductor having selectively linked bodyPatent US 6020222. 1. Februar 2000 (URL: [2]).
  3. ↑ Chip Architect: Intel and Motorola/AMD's 130 nm processes to be revealed.. ([3] ; Stand: 2008-02-27). 

Weblinks


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