Согласно отчету Market Research Future (MRF), рынок SOI (кремний на изоляторе), по прогнозам, значительно вырастет к 2026 году [. SOI является ключевым фактором в различных приложениях, таких как MEMS и датчики, силовые и радиочастотные компоненты, используемые в автомобилестроении, здравоохранении и интернете вещей (IOT).
Уникальными особенностями SOI является тонкий слой изолятора, который отделяет структуру интегральной схемы от объемной подложки. Это приводит к различным преимуществам кремния на изоляторе по сравнению с объемными CMOS, которые включают меньшую паразитную емкость, отсутствие защелкивания, более высокую плотность упаковки и меньшие токи утечки. На рис. 1 видна разница между этими двумя технологиями.
Как показано на рис. 1, различия между технологиями SOI и CMOS обусловлены различными подложками, в результате чего передаваемый шум через подложку (перекрестные помехи) различается. Хорошо известно, что сложнейшей задачей в микросхеме со смешанным сигналом является размещение цифровых и аналоговых схем на одном кристалле, где чувствительные аналоговые схемы могут работать в такой шумной среде.
В то время как объемная подложка с 10 Ом-см может быть смоделирована как резистивная среда для частот примерно ниже 15 ГГц, моделирование SOI-подложки - это совсем другая история, поскольку различные упрощенные модели применимы в ограниченных диапазонах частот. Более подробно смотрите рис. 2, на котором показана модель подложки SOI с перекрестными помехами в различных частотных диапазонах. Здесь перекрестные помехи моделируются параметром рассеяния S21 между портами 1 и 2 в подложке SOI. Как показано на рис. 2, S21 увеличивается с наклоном 40 дБ за декаду, что обусловлено двумя нулями, создаваемыми емкостью оксидного слоя C1. По мере увеличения частоты можно наблюдать частоту в точке пересечения, f1, которая зависит от емкости оксидного слоя, C1, и удельного сопротивления между верхней и нижней частями подложки, R2. На средних частотах перекрестные помехи в SOI могут быть смоделированы с помощью модели объемного сопротивления. Увеличение перекрестных помех на 20 дБ за декаду на более высоких частотах связано со временем релаксации большинства переносов в кремниевой подложке на C3. Конденсатор C3 взаимодействует с резистором R3, чтобы показать связь между портами 1 и 2 через слои воздуха, кремния и оксида. Они также создают вторую частотную точку колена, f2.
В заключение, исследования показывают, что использование технологии SOI имеет некоторые преимущества по сравнению с технологией bulk CMOS. Согласно обсуждению выше, с точки зрения перекрестных помех SOI является лучшим кандидатом по сравнению с объемными CMOS на низких частотах, однако на более высоких частотах перекрестные помехи увеличиваются для обеих технологий. Следовательно, необходимы дополнительные исследования по этому вопросу, чтобы уменьшить сцепление через подложку.
