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FD-SOI的优点和新应用

静电控制,平面工艺技术和优越的射频和模拟性能。

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在过去的几十年里,晶体管的特征尺寸不断减小,导致了性能的提高和功耗的降低。消费者已从中获益,他们拥有越来越有用、越来越有价值、越来越快、越来越高效的高级电子设备。近年来,随着晶体管特征尺寸缩小到10nm以下,它越来越难以满足下一代技术的许多挑战。

全耗尽绝缘子上硅(FDSOI) CMOS晶体管
FDSOI技术为这些挑战提供了有希望的答案。全耗尽绝缘子上硅,或FDSOI,是一种平面工艺技术,在简化制造工艺的同时,提供了减少硅几何形状的好处。这种工艺技术依赖于两个主要的创新。首先,一层超薄绝缘体,称为埋式氧化物(BOX),被放置在基硅的顶部。然后,一个非常薄的硅薄膜被用来形成晶体管通道。由于薄膜硅结构,不需要在沟道上涂覆,从而使晶体管“完全耗尽”。

图1(左)显示了完全耗尽(FD)的2D SOI晶圆。图中是FDSOI晶体管结构示意图(来源:意法半导体)。一个实际的28nm FDSOI晶体管显示在最右边(来源:Qing Liu et. al, 2011 VLSI会议)。


图1:从SOI晶圆到FDSOI晶体管

FDSOI CMOS晶体管:主要优势
FDSOI技术在先进和未来的技术节点上表现出巨大的优势。与传统结构(如finfet)相比,薄硅薄膜技术可以对晶体管通道上的栅极进行优越的静电控制。这种控制是通过有效的身体偏压来实现的,它提供了更快的开关速度,并在电路级别上提供了性能和功耗之间的良好妥协。

FDSOI仍然是一种平面技术,这使得它更容易从传统技术过渡;与FinFET器件的制造相比,可制造性简化了。FDSOI中薄埋绝缘子层的使用提供了动态调节设备阈值电压的能力,并在性能和功耗之间获得最佳妥协。

图2总结了FDSOI晶体管和技术的主要优点。


图2:FDSOI的主要好处

FDSOI应用:细分市场的效益
汽车由于其固有的抗辐射能力,是FDSOI技术的一个新兴应用领域。物联网产品也有望成为FDSOI的一个大市场,因为它具有优越的RF和模拟性能,再加上低功耗、高性能和相对易于设计。其他应用领域包括网络基础设施、机器学习和消费者多媒体应用。

进一步的阅读
总之,与批量硅技术相比,FDSOI技术提供了更高的速度、更低的功率和更简单的制造工艺。与批量和FinFET技术相比,它提供了良好的功率/性能/成本权衡,这已导致在汽车、物联网和其他应用中采用。提高FDSOI性能的清晰路线图为开发下一代高性能、低功耗半导体器件提供了路径。如果你有兴趣了解更多关于FDSOI技术,你可以阅读全文在这里



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