Silicio sobre zafiro (SOS) es un proceso heteroepitaxial para la fabricación de circuitos integrados (IC) de semiconductores de óxido de metal (MOS) que consiste en una capa delgada (generalmente más delgada de 0,6 µm ) de silicio que crece en un zafiro (Al 2 O 3 ) oblea . SOS es parte de la familia de tecnologías CMOS (MOS complementarias) de silicio sobre aislante (SOI) .
Normalmente, se utilizan cristales de zafiro cultivados artificialmente de alta pureza . El silicio generalmente se deposita por la descomposición del gas silano (SiH 4 ) sobre sustratos de zafiro calentados. La ventaja del zafiro es que es un excelente aislante eléctrico que evita que las corrientes parásitas causadas por la radiación se propaguen a los elementos del circuito cercanos. SOS enfrentó desafíos iniciales en la fabricación comercial debido a las dificultades para fabricar los transistores muy pequeños utilizados en las aplicaciones modernas de alta densidad. Esto se debe a que el proceso SOS da como resultado la formación de dislocaciones, fallas de hermanamiento y apilamiento a partir de las disparidades de la red cristalina entre el zafiro y el silicio. Además, hay algo de aluminio , un dopante de tipo p , contaminación del sustrato en el silicio más cercano a la interfaz.
Historia
En 1963, Harold M. Manasevit fue el primero en documentar el crecimiento epitaxial de silicio en zafiro mientras trabajaba en la división Autonetics de North American Aviation (ahora Boeing ). En 1964, publicó sus hallazgos con su colega William Simpson en el Journal of Applied Physics. [1] En 1965, CW Mueller y PH Robinson de RCA Laboratories fabricaron un MOSFET (transistor de efecto de campo semiconductor de óxido de metal) utilizando el proceso de silicio sobre zafiro. [2]
SOS se utilizó por primera vez en aplicaciones aeroespaciales y militares debido a su resistencia inherente a la radiación . Más recientemente, Peregrine Semiconductor ha realizado avances patentados en el procesamiento y diseño de SOS, lo que permite comercializar SOS en grandes volúmenes para aplicaciones de radiofrecuencia (RF) de alto rendimiento.
Circuitos y sistemas
Las ventajas de la tecnología SOS permiten a los grupos de investigación fabricar una variedad de circuitos y sistemas SOS que se benefician de la tecnología y avanzan en el estado de la técnica en:
- convertidores de analógico a digital (Yale e-Lab produjo un prototipo de nanovatios) [4]
- búferes de aislamiento digitales monolíticos [5]
- Matrices de sensores de imagen SOS-CMOS (una de las primeras matrices de sensores de imagen CMOS estándar capaz de transducir luz simultáneamente desde ambos lados de la matriz fue producida por Yale e-Lab) [6]
- amplificadores patch-clamp [7]
- dispositivos de captación de energía [8]
- integración tridimensional (3D) sin conexiones galvánicas
- bombas de carga [9]
- sensores de temperatura [10]
Aplicaciones
El transductor de presión de silicio sobre zafiro, el transmisor de presión y los diafragmas del sensor de temperatura han sido fabricados utilizando un proceso patentado por Armen Sahagen desde 1985. [11] El desempeño sobresaliente en ambientes de alta temperatura ayudó a impulsar esta tecnología. Esta tecnología SOS tiene licencia en todo el mundo. ESI Technology Ltd. en el Reino Unido ha desarrollado una amplia gama de transductores de presión y transmisores de presión que se benefician de las características sobresalientes de silicio sobre zafiro. [12]
Peregrine Semiconductor ha utilizado la tecnología SOS para desarrollar circuitos integrados de RF (RFIC) que incluyen interruptores de RF , atenuadores de paso digitales (DSA), sintetizadores de frecuencia de bucle cerrado de fase (PLL), preescaladores , mezcladores / convertidores ascendentes [se necesita desambiguación ] y amplificadores de ganancia variable . Estos RFIC están diseñados para aplicaciones de RF comerciales, como teléfonos móviles e infraestructura celular, consumo de banda ancha y DTV , pruebas y mediciones, y seguridad pública industrial, así como mercados aeroespaciales y de defensa radicales.
Análisis de sustrato - estructura SOS
La aplicación del crecimiento epitaxial de silicio sobre sustratos de zafiro para fabricar dispositivos MOS implica un proceso de purificación de silicio que mitiga los defectos del cristal que resultan de un desajuste entre las redes de zafiro y silicio. Por ejemplo, el interruptor SP4T de Peregrine Semiconductor se forma en un sustrato SOS donde el espesor final del silicio es de aproximadamente 95 nm. El silicio se empotra en regiones fuera de la pila de compuertas de polisilicio mediante polioxidación y se empotra aún más mediante el proceso de formación del espaciador de la pared lateral hasta un espesor de aproximadamente 78 nm. [ cita requerida ]
Ver también
- Silicona en aislante
- Endurecimiento por radiación
Referencias
- ^ Manasevit, HM; Simpson, WJ (1964). "Silicio monocristalino sobre un sustrato de zafiro". Revista de Física Aplicada . 35 (4): 1349-1351. doi : 10.1063 / 1.1713618 .
- ^ Mueller, CW; Robinson, PH (diciembre de 1964). "Transistores de silicio de película madura sobre zafiro". Actas del IEEE . 52 (12): 1487-1490. doi : 10.1109 / PROC.1964.3436 .
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 7 de noviembre de 2006 . Consultado el 12 de noviembre de 2006 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 27 de septiembre de 2011 . Consultado el 4 de febrero de 2010 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )] "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 27 de septiembre de 2011 . Consultado el 4 de febrero de 2010 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 27 de septiembre de 2011 . Consultado el 4 de febrero de 2010 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 27 de septiembre de 2011 . Consultado el 4 de febrero de 2010 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 27 de septiembre de 2011 . Consultado el 4 de febrero de 2010 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 27 de septiembre de 2011 . Consultado el 4 de febrero de 2010 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 23 de julio de 2010 . Consultado el 4 de febrero de 2010 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 23 de julio de 2010 . Consultado el 4 de febrero de 2010 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ http://www.sensonetics.com
- ^ http://www.esi-tec.com
Otras lecturas
- Culurciello, Eugenio (2009). Circuitos y sistemas de silicio sobre zafiro, interfaces de sensor y biosensor . McGraw Hill .