About / Advertise
Flera kretstillverkare har redan anammat tekniken.
Amerikanska IBM har satt på sig ledartröjan när det gäller att föra fram processtekniken kisel-på-isolator, eller silicon-on-insulator (SOI). Redan idag har företaget en SOI-version av sin 32-bitars processor, PowerPC 750, framme. Om den får något kommersiellt genombrott är dock ännu osäkert.
Säkrare är att IBM tänker börja volymtillverka en 64-bitars PowerPC-processorer i en kisel-på-isolatorprocess mot slutet av detta år. De första testchipsen - som klockas med 550 MHz - har redan tagit form. Och prestandaökningen sägs vara 22 procent jämfört med tidigare version som enbart trimmats med kopparledningar.
Vad är det då som gör att en processteknik som legat i träda i närmare 30 år helt plötsligt blir eftertraktad? Svaren är många, men den huvudsakliga drivkraften är att det snart inte går att tillverka kretsar med tillräckligt hög prestanda för morgondagens konsumentelektronik i rena kiselprocesser.
- Halvledartillverkarna kommer att kräva nya material i framtiden och det är helt klart kisel-på-isolatortekniken som kommer att få störst genomslag, säger Dan Rose på Rose Associates, ett analysföretag som koncentrerar sig på materialföretagens verksamhet.
Han menar att SOI-processerna kommer att omsätta uppåt 4 miljarder dollar redan inom två till tre år. Det som lockar halvledartillverkarna är den högre klockhastigheten samt lägre effektförbrukningen som processen ger.
Blir 20-50 procent snabbare
IBM menar att prestandaökningen kan ligga mellan 20 och 30 procent jämfört med en vanlig CMOS-process. Dan Rose går ännu längre och talar om att kretsarnas prestanda kan förbättras med upp till 50 procent tack vare kisel-på- isolatorprocessen.
Det som hittills legat SOI-tekniken i fatet har bland annat varit de höga kostnaderna för tillverkningen av grundmaterialet, alltså kiselskivorna med inplanterat isolerskikt. Men på senare tid har flera företag, exempelvis franska Soitec samt amerikanska Silicon Genesis och Ibis Technology utvecklat nya tillverkningstekniker som har potential att pressa priset till en nivå jämförbar med dagens CMOS-processer.
- Soitec har tagit fram en mycket lovande process, kallad Smart Cut, som ger billig tillverkning av SOI-skivor i höga volymer. Skivorna kräver dessutom inte att halvledartillverkarna investerar i specialutrustning, säger Dan Rose.
En miljon skivor år 2002
Soitec är sprunget ur den franska halvledarforskningen, men står numera på egna ben. I höstas invigde företaget sin första egna fabrik för tillverkning av SOI- skivor i franska Bernin.
- Till att börja med skall vi tillverka 140 000 skivor på 8 tum per år i fabriken, men år 2002 räknar vi med att producera en miljon skivor om året, säger Andre Auberton-Herve, vd på Soitec.
Han menar att kisel-på-isolatorteknik kommer att ha en tillväxttakt på åtminstone 30 procent per år framöver. Och att det bara är en tidsfråga innan kisel-på-isolatorskivor kommer att betraktas som en standardvara.
- Inom tio år kommer hälften av alla halvledarkretsar att tillverkas ur dessa skivor, spår Andre Auberton-Herve.
Kommer i 0,18 μm-processer
Den första indikationen i den riktningen har redan visat sig i och med att företag som IBM, Mitsubishi, Sharp och Samsung har planer på att börja använda kisel-på-isolatorteknik i sina kommande 0,18 μm-processer.
- En SOI-process med kanallängden 0,18 μm ger kretar med samma prestanda som en 0,13 μm-standardprocess. Så nästa processgeneration når man enklast och billigast genom att bygga kretsar i kisel-på-isolatorteknik, säger Andre Auberton-Herve.
Drygt 10 företag satsar på soi
Både Andre Auberton-Herve och Dan Rose påstår att åtminstone tio företag, förutom IBM, kommer att börja volymproducera kretsar i kisel-på-isolatorteknik inom de tre närmaste åren.
Motorola är ett av dem. Företaget tänker sig att införa tekniken i sin 0,15 μm- processgeneration, men sägs redan ha tagit fram ett testchips i en SOI-process, förmodligen en PowerPC-processor.
Dessutom tittar Motorola på att införa tekniken i sin BiCMOS-process för framtida radiokretsar till mobiltelefoner.
Det enda orosmolnet för tillfället, menar Andre Auberton-Herve, är att europeiska företag inte håller jämna steg med resten av världen vad gäller SOI- produktion.
- Det innebär inte att man är ointresserad av tekniken i Europa, men än så länge har vi inte hört några stora annonseringar härifrån, säger han.
Anna Wennberg
Ett isolerande skikt reducerar transistorkapacitansen
Ett kisel-på-isolatorsubstrat byggs i sandwichteknik. Ett mycket tunt kisellager placeras på ett isolerande lager, exempelvis kiseloxid eller glas.
På så sätt blir kiselytan elektriskt isolerad från substratet. Därmed minskar transistorkapacitansen, varvid kretsen drar mindre effekt samtidigt som hastigheten ökar.
Utmaningen för materialtillverkarna är att föra in det isolerande skiktet i kiselsubstratet utan att förstöra kiselskivan samtidigt som produktionskostnaden hålls nere.
AW
