FD-SOI与PD-SOI他们的区别在哪？

本文简单介绍了两种常用的SOI晶圆——FD-SOI与PD-SOI。  

SOI（Silicon-On-Insulator）晶圆是绝缘氧化物上有一层薄硅膜的硅晶圆，在最先进的 MEMS、电源和射频器件制程中经常会用到。

但是，SOI又分为两种常见类型：FD-SOI与PD-SOI。那么他们的区别在哪？

FD-SOI与PD-SOI分别是什么？

在PD-SOI（Partially Depleted SOI，部分耗尽SOI）结构中，沟道单晶硅厚度与埋入层厚度较厚，一般沟道单晶硅厚度为50nm-100nm，埋入氧化层厚度为100-200nm。如图：

靠近绝缘层的区域会形成耗尽区，而距离绝缘层较远的区域仍然含有自由电荷，形成一个未耗尽的区域。

而FD-SOI（Fully Depleted Silicon-On-Insulator，全耗尽SOI），又叫做UTB（超薄体）SOI，其沟道单晶硅与埋入氧化层厚度是极薄的，一般沟道单晶硅厚度为10nm，埋入氧化层厚度为20nm。由于沟道单晶硅的厚度非常薄，不需要对其进行掺杂，从而完全耗尽了载流子。

FS-SOI与PD-SOI的对比

种类	优点	缺点
PD-SOI	• 晶圆生产简单	• 浮体效应
	• 生产成本低	• 迟滞现象
		• 关断电流较大
		• 扭结效应
FD-SOI	• 防止短沟道效应	• 自热效应
	• 运算速度快	• 晶圆成本高
	• 利用体偏置效应

上表中，

浮体效应：在PD-SOI晶体管中，未耗尽的体区可以存储电荷，这导致器件阈值电压随时间变化而变化，影响晶体管的稳定性。

迟滞现象：由浮体效应引起的电荷积累会在I-V曲线上造成迟滞现象。

关断电流较大：未耗尽的单晶硅可以增加晶体管在关闭状态下的漏电流，这对功耗有负面影响。

自热效应：由于FD-SOI的绝缘层阻碍了热量散发，会导致晶体管的自我加热，这可能影响FD-SOI的性能。

利用体偏置效应：FD-SOI可以动态调整阈值电压，通过体偏置来优化性能和功耗，从而实现晶体管的更快切换。

审核编辑：刘清