Silicon on insulator

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Die Silicon on insulator (SOI)-Technik, auf deutsch „Silicium auf einem Isolator“, ist eine zuerst von AMD^[1][2] für den AMD K8 ^[3] großtechnisch entwickelte aufwendige Bauart für Schaltkreise aus Silicium-Transistoren. Diese befinden sich auf einem isolierenden Material, wodurch sich kürzere Schaltzeiten und geringere Leistungsaufnahmen, besonders bezüglich der Leckströme, ergeben.

Im Gegensatz zu gewöhnlichen Transistoren, die direkt auf dem Silicium-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 kleinere Verlustwärmen ergeben und beispielsweise einen Betrieb mit schwächerer und damit leiserer Kühlung möglich machen. 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 Siliciumschicht auf ein isolierendes Material, bevorzugt auf Saphir, auftragen, oder eine isolierende Schicht aus Siliciumdioxid in einen Siliciumkristall einbringen. Letzteres kann mit dem sogenannten SIMOX-Technik erfolgen, bei dem zunächst mit Hilfe eines Ionenstrahls Sauerstoffionen implantiert werden, und dann erhitzt wird, um die Oxidschicht zu erhalten.

Eine weitere Methode ist das sog. Bonden: Hiefür wird ein Si-Wafer thermisch oxidiert, dann wird ein zweiter mit seiner einkristallinen Oberfläche auf dessen Oxidschicht gelegt. Weitere Prozesse trennen den zweiten Wafer bis auf wenige Mikrometer ab.

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

Quellen

1. ↑ http://www.google.com/patents?id=OFUGAAAAEBAJ&dq=6215155&ie=ISO-8859-1&output=html
2. ↑ http://www.google.com/patents?id=gkcEAAAAEBAJ&dq=6020222&ie=ISO-8859-1&output=html
3. ↑ http://chip-architect.com/news/2000_11_07_process_130_nm.html