绝缘体上硅（SOI，Silicon-on-insulator）被业界公认为纳米技术时代取代现有单晶硅材料的解决方案之一，是维持Moore定律走势的一大利器。绝缘体上硅是指以“工程化的”基板代替传统的体型衬底硅的基板技术，应用于诸如军事和空间电子系统等一些专门场合已有20多年，由于SOI具有良好的抗辐射性和高速特性，使它在这些领域具有独特的优势。
SOI材料是SOI技术发展的基础，SOI技术的发展有赖于SOI材料的不断进步。缺乏低成本、高质量的SOI材料一直是制约SOI技术进入大规模工业生产的首要因素。近年来，随着SOI材料制备技术的成熟，制约SOI技术发展的材料问题正逐步被解决。SOI材料的制备技术归根结底包括两种,即以离子注入为代表的注氧隔离技术(Speration-by-oxygenimplantation,即SIMOX)和键合(Bond)技术。键合技术包括传统的BondandEtchback(BESOI)技术和法国SOITEC公司创始人之一M.Bruel提出结合氢离子注入与键合的注氢智能剥离技术(Smart-cut),以及陈猛博士于2005年提出的将注氧隔离与键合相结合的SimbondSOI材料制备新技术。以下对各种技术的应用现状与优缺点做一些阐述。
1注氧隔离技术
注氧隔离技术(SIMOX,SeperationbyImplantationofOxygen)。是发展最早的SOI圆片制备技术之一，曾经也是很有希望大规模应用的SOI制备技术之一。采用此技术在普通圆片的层间注入氧离子，经超过1300℃高温退火后形成隔离层。此方法有两个关键步骤：高温离子注入和后续超高温退火。在注入过程中，氧离子被注入圆片里，形成硅的氧化物沉淀。然而注入对圆片造成相当大的损坏，而二氧化硅沉淀物的均匀性也不很好。随后进行的高温退火能帮助修复圆片损伤区域并使二氧化硅沉淀物形成二氧化硅绝缘层，界面陡峭均匀。
法国SOITEC和美国IBIS以及IBM,日本的SUMCO以及日本的NipponSteel等曾经是SIMOX技术的大力推广者。SOITEC在后来逐步发展成熟了SMART-CUT技术后基本彻底摈弃了SIMOX技术；而美国IBIS由于市场技术等原因也在2005年宣布放弃SIMOX材料制备技术从而集中于注入机的研制。在SIMOX发展过程中,SOITEC和IBIS都完善和成熟了高剂量(大约1.7E18/cm2)即全剂量(Full-dose)SIMOX制备技术;而日本的NipponSteel(现在被WACKER收购)的IZUMI发明了内部热氧化(ITOX，InternalOxidization)工艺,是低剂量SIMOX技术发展过程中的里程碑，为新的低剂量SIMOX发展指明了发展方向。其后,IBM的D.K.Sadana等在IZUMI的基础上,发展了新的改进的低剂量(MLD，ModifiedLowDose)SIMOX工艺。值得提出的是，IBM的研究人员在低剂量SIMOX圆片制备技术中作出了的贡献，迄今几乎所有能够产业化的低剂量SIMOX制备技术都来自于IBM研究人员的工作。其后，IBM同IBIS和SUMCO合作,使MLDSIMOX曾经发展到每个月定量向IBM在NEWYORK的EastFishkill提供8和12英寸SIMOX片的辉煌成就。但是,其后由于各种原因,IBIS于2005年最终宣布退出SIMOX材料制备,SIMOX在IBM的应用也逐渐减少。中国科学院上海微系统与信息技术研究所林成鲁研究员为首的研究小组，多年在SOI领域坚持研究,在推动我国SOI应用方面做了很多工作。陈猛博士在微系统所工作期间,发现了氧离子注入制备过程中的能量剂量关系,并以此制备低剂量SIMOX材料。上海新傲科技秉承微系统所林成鲁研究员为首的长期积累,并于2001年引进美国IBIS公司的氧离子注入机及相关SIMOX生产工艺,生产4/5和6英寸SIMOX产品。上海新傲科技的成立,标志着我国真正可以小批量生产SIMOX圆片。新傲科技成立后,产品曾在国内研究院所和高校得到研究使用,推动了国内SOI的相关技术研究的发展。
除新傲科技以外，北京师范大学、长沙电子48研究所等均在SIMOX研究方面有所涉及。长沙电子48所还独立开发出了氧离子注入机,并发展了相关的制备工艺。
SIMOX的缺点在于长时间大剂量的离子注入，以及后续的长时间超高温退火工艺，导致SIMOX材料质量和质量的稳定性以及成本方面难以得到有效的突破,这是目前SIMOX难以得到产业界的完全接受和大规模应用的根本原因。SIMOX的技术难点在于颗粒的控制、埋层特别是低剂量超低剂量埋层的完整性、金属沾污、界面台的控制、界面和表面的粗糙度以及表层硅中的缺陷等，特别是质量的稳定性很难保证。
在4/5/6英寸SIMOX片的市场基本上是提供给大专院校和研究所做SOI技术实验而用,迄今没有形成产业规模；8英寸和12英寸SIMOX片目前只有日本的SUMCO和S.E.H能够少量供应。总而言之，SIMOX在小尺寸（4、5和6英寸）的应用非常局限，大规模应用基本没有形成；在大尺寸(8英寸和12英寸)的应用方面，IBM,Motorola以及AMD有少量使用，大尺寸SIMOX还需要在质量和质量的稳定性以及成本方面得到更进一步的提高。SIMOX的规模效应的来临尚需时日。
2键合技术
通过在硅和二氧化硅或二氧化硅和二氧化硅之间使用键合(Bond)技术，两个圆片能够紧密键合在一起，并且在中间形成二氧化硅层充当绝缘层。键合圆片在此圆片的一侧削薄到所要求的厚度后得以制成。这个过程分三步来完成。步是在室温的环境下使一热氧化圆片在另一非氧化圆片上键合；第二步是经过退火增强两个圆片的键合力度；第三步是通过研磨、抛光及腐蚀来减薄其中一个圆片直到所要求的厚度。
键合技术是同SIMOX同步发展起来的技术，两者各自侧重于不同应用需求。世界上曾经和现在可以提供键合产品的供应商包括日本的S.E.H，SUMCO,ToshibaCeramic,芬兰的OKEMATIC（2002年，目前侧重于MEMS用键合SOI的供应）,英国的BCO（有20多年的历史）以及美国的ISONIC（于2006年宣布放弃键合SOI），韩国的LG(2005年放弃小尺寸键合SOI)以及上海新傲科技(2005年底建成5/6英寸中试线)。但是，真正能够提供高质量键合产品的基本只有日本的S.E.H，目前基本达到量产规模的厂家，使用的均是日本的S.E.H公司产品。其它公司，基本是侧重于供应大专院校与研究所以及小批量生产公司，更多的以样品的形式提供键合产品。
信息产业部电子24所毛如炎领导的团队于2004年建成实验室，生产4英寸的键合SOI产品。在陈猛博士领导下，上海新傲科技公司，于2005年中期同美国ACA公司合作开发键合技术，并于2005年12月成功的建成了一条中试生产线，生产5和6英寸键合SOI产品。该产品其后开始在国际多个公司论证并获得良好的效果。
键合产品瞄准的客户主要是高温高压器件、MEMS器件、汽车电子、传感器以及航空航天方面的特种器件等。在SOI没有广泛应用于民用器件前(1998年IBM个成功的使用SOI制备出的服务器用CPU是SOI商业化的标志)，键合SOI是SOI的主要材料制备技术，但市场增长缓慢。但是，随着近年来PDP以及汽车电子等大量高压高功率器件的广泛应用和稳定增长，键合市场也不断稳步成长。目前键合技术包括大量的量产客户，如日本的Panasonic、TI、FUJI、NEC、Renesas、Toshiba、Denso等；欧洲的Philips、Atmel、Elmos、X-Fab等；韩国的Hynix；美国的NationalSemi、Maxim、ADI、Clare等。这些用户大量使用5英寸和6英寸的键合SOI材料，少量客户使用8英寸键合SOI圆片。目前键合技术制备的5英寸和6英寸SOI在小尺寸SOI领域里面占主要份额。键合技术的核心问题是表层硅厚度的均匀性控制问题，这是限制键合技术广泛推广的根本原因。目前的技术水品通常是+/-0.5μm,好的可以达到+/-0.3μm以内。除此之外，键合的边缘控制、界面缺陷问题、翘曲度弯曲度的控制、滑移线控制、颗粒控制、崩边、界面沾污等问题也是限制产业化制备键合SOI的关键技术问题。成品率和成本问题是键合产品被量产客户接受的核心商业问题。
曾经有不同的研究人员提出过多种改进键合均匀性的方法和技术，但这些技术产品至目前为止，还难以批量向客户供应。
3注氧键合技术
在传统的键合和离子注入技术的基础上，陈猛博士于2005年提出了注氧键合技术（Simbond），以此解决传统键合表层硅均匀性难以控制的问题。基于此，上海新傲科技公司于2005年年底生产出批SimbondSOI材料，均匀性达到+/-10nm,且埋层厚度可调。在此基础上外延后顶层硅厚度均匀性可控制在+/-2.0%范围内。该技术利用氧离子注入和后续的退火工艺，利用氧离子注入产生的一个分布均匀的离子注入层，并在退火过程中形成二氧化硅绝缘层。此二氧化硅绝缘层用来充当化学腐蚀阻挡层，可对圆片在最终抛光前器件层的厚度及其均匀性有很好的控制。由于在此工艺中，表层硅的均匀性由氧离子注入工艺来控制，因此，顶层硅均匀性很好。同时，绝缘埋层的厚度可随意调节。一般来说，顶层硅的厚度均匀性可以控制在+/-10nm以内（顶层硅厚度小于300nm）。
如果为了获得更厚的顶层硅，可以采用外延技术。考虑到单片式外延炉的均匀性一般可以控制在+/-2%甚至1.5%以内，因此，采用Simbond技术加上外延制备厚顶层硅SOI材料，顶层硅的厚度均匀性可以控制在+/-2%以内。
腐蚀阻挡层的缺陷和注入剂量的减小是一对矛盾。如何使用超低剂量制备出具有良好腐蚀阻挡效果的腐蚀阻挡层，是该技术能否实用化和得到产业界认可的关键。总而言之，注氧成本决定了最终SOI材料的成本，而腐蚀阻挡层的质量决定了最终SOI材料顶层硅以及在此基础上外延生长的外延层的质量。
4注氢键合技术（智能剥离，Smart-Cut）
1995年MBruel利用键合和离子注入技术的优点提出了智能剥离（Smart-Cut）技术。它是利用氢离子注入到硅片中，形成具有气泡层的注氢片，与支撑硅片键合（两个硅片中至少有一片的表面带有热氧化的SiO2覆盖层），经适当的热处理使注氢片从气泡层处完整裂开，形成SOI结构。
Smart-cut技术的核心在于利用氢离子注入的特性结合常规键合技术，利用氢离子注入引起的剥离性能提高了顶层硅的均匀性。其它方面的控制同常规键合技术类似。Smart-cut技术问世以来，以法国SOITEC公司为主的研究发展了大量相关的技术，使Smart-cut成为现在站垄断地位的薄膜SOI制备技术，其薄膜市场的占有率目前接近100%。SOITEC也凭借Smart-cut技术成为世界上核心的薄膜SOI供应商。
目前世界上日本S.E.H和德国WACKER均取得了SOITEC的技术许可，可以生产8英寸和12英寸的Smart-cut产品。
注氢键合技术一般也用于制备薄膜SOI材料。要制备顶层硅厚度大于1.5μm的SOI材料，需要外延技术的辅助。
绝缘体上硅基板由以下三层构成：
薄薄的单晶硅顶层，在其上形成蚀刻电路
相当薄的绝缘二氧化硅中间层
非常厚的体型衬底硅衬底层，其主要作用是为上面的两层提供机械支撑。
开始采用SOI材料做基板时，芯片制造商在生产过程中仍然能够继续使用传统的制造工艺和设备。事实证明，SOI完全能够满足主流MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的性能需求。对部分耗尽型和全部耗尽型CMOS（互补金属氧化物半导体）器件的性能改善、漏电流减小以及功耗减少等都会产生极大地影响，特别适合于低电压器件结构等。
除了CMOS器件，SOI还可用来制造技术的微电子机械系统（MEMS），MEMS可用于传感器以及微光电技术电路等。此外，也可以利用SOI增强BiCMOS、功率器件和高压器件的性能，另外还能够改善在高温环境或者曝光在电离辐射环境下的集成电路的性能。
绝缘体上的硅（SOI，silicon-on-insulator)指的是绝缘层上的硅。它是一种具有独特的“Si/绝缘层/Si”三层结构的新型硅基半导体材料。它通过绝缘埋层（通常为SiO2）实现了器件和衬底的全介质隔离，在器件性能上具有以下优点：
1)减小了寄生电容，提高了运行速度。与体硅材料相比，SOI器件的运行速度提高了20-35%；
2)具有更低的功耗。由于减小了寄生电容，降低了漏电，SOI器件功耗可减小35-70%；
3)消除了闩锁效应；
4)抑制了衬底的脉冲电流干扰，减少了软错误的发生；
5)与现有硅工艺兼容，可减少13-20%的工序。
SOI在高性能超大规模集成电路、高速存贮设备、低功耗电路、高温传感器、军用抗辐照器件、移动通讯系统、光电子集成器件以及MEMS(微机电)等领域具有极其广阔的应用前景，被国际上公认为“21世纪的硅集成电路技术。”
1、SOI的高端应用—8英寸和12英寸的薄膜SOI
国际SOI市场95%的应用集中在8英寸（1英寸=25.4毫米）和12英寸大尺寸薄膜SOI，其中绝大多数用户为微电子技术的引导者，如IBM、AMD等。目前供应商为法国SOITEC、日本信越（SEH）、日本SUMCO，其中SOITEC对前两家用户供应了几乎全部的SOI产品。其主要驱动力来自于高速、低功耗SOI电路，特别是微处理器（CPU）应用，技术含量高，附加值大[2-4]。例如，2005-2006财务年度SOITEC公司销售的SOI圆片，12英寸占60%，8英寸占28%，其他占12%。可见，SOI的高端应用，主要是需要12英寸的圆片。
SOI材料市场每年约扩大40％，2006年更是增长了将近100%。预计到2010年，规模将超过10亿美元，远远高于硅材料每年7.7％的增长率。届时SOI材料将占全部硅半导体材料的10％。最近，SOI材料在民用设备中的应用越来越多，任天堂“Wii”、索尼计算机娱乐（SCE）“PS3”、美国微软“Xbox360”等3款游戏机全部配备了采用SOI材料的处理器。今后，还有望应用于数码相机、平板电视和汽车等使用的处理器和SoC（系统芯片）。
IBM和AMD等公司是SOI技术的主要推动者。IBM在其纽约的12英寸生产线100%采用SOI材料以替代硅衬底材料，用SOI技术推出了新型AS/400服务器系列，比目前的高端机型的速度几乎快出4倍。IBM、SONY、TOSHIBA联合开发SOI上90～45nm线宽的技术，并将S0I技术引入电子消费类芯片的生产中，市场非常广阔。
AMD将SOI技术移植入所有PC处理器，用于Athlon64、Turion64、Opteron等,是目前全球最大的SOI材料消费者。AMD宣布转移至65纳米制程技术，并发表新一代高效能运算方案，推出高效能AMDAthlon64X2双核心桌上型处理器。采用65纳米线宽技术之AMD处理器，在同时执行多个应用程序时能发挥优异的效能，让业者能开发体积小巧的个人计算机，适合住家与办公室环境应用。在2007年中，AMD的Fab36晶圆厂将完全转移至65纳米技术。
随着微处理器（CPU）、游戏机芯片（GPU）制程对SOI技术需求愈来愈强，SOI已成为各大晶圆代工角逐核心客户青睐的武器。台积电、联电都不敢轻忽先进制程以下导入SOI技术大量生产的重要性，新加坡特许半导体则抢先在90纳米制程便采用IBM授权，赢得微软（Microsoft）XBOX360GPU订单。台积电正评估未来45纳米制程争取代工CPU的可能性，未来更积极取得SOI技术势在必行。
SOITEC公司为满足全球对SOI与其它衬底不断增加的需求，宣布其扩充发展策略。截至2006年3月为止，SOITEC在Bernin生产据点的投资已超过3.5亿欧元，预计在设备装设完成时的总投资将超过5亿欧元，员工人数接近1000人。SOITEC针对300毫米晶圆的年产能预估将可从目前的72万片提升至100万片。SOITEC选择在新加坡设立新的300毫米SOI晶圆厂，名为三号晶圆厂。2005财年，SOITEC公司与AMD签订了1亿5000万美元的SOI材料供货合同，2006财年又新签订了3亿5000万美元的合同。
但是，Smart-cut技术拥有的薄膜SOI市场与Intel采用SOI与否极其相关。Intel的参与将极大的改变SOI的发展方向。
2、SOI的其它应用—4-6英寸SOI
SOI早期的主要应用集中在航空、航天和军事，现在拓展到功率和智能器件以及微电子机械系统（MEMS）应用。特别是在汽车电子、显示、无线通讯等方面发展迅速。由于电源的控制与转换、汽车电子以及消费性功率器件方面对恶劣环境、高温、大电流、高功耗方面的要求，使得为满足可靠性方面的严格要求不得不采用SOI器件。在这些领域多采用5英寸和6英寸键合SOI材料，目前的用户包括美国Maxim、ADI、TI，日本NEC、Toshiba、Panasonic、Denso、FUJI、Omron等，以及欧洲Philips、X-Fab等。这个领域的特点在于SOI器件技术相对比较成熟，技术含量相对较低，器件的利润也相对较低，对SOI材料的价格比较敏感。在这些SOI材料用户里面，主要应用来源于各种应用中的驱动电路：如Maxim的应用于主要为手机接收端的放大器电路；Panasonic、TI、FUJI、Toshiba、NEC等主要应用在显示驱动电路中的扫描驱动电路；Denso的应用主要在汽车电子、无线射频电路等；Toshiba的应用甚至在空调的电源控制电路中；Omron主要在传感器方面；ADI也主要在高温电路、传感器等；而Phillips的应用则主要是功率器件中的LDMOS，用于消费类电子中如汽车音响、音频放大器等；韩国的Magnchip(Hynix)则为Kopin生产用于数码相机的显示驱动电路和为LG生产的PDP显示驱动电路等。
4到6英寸SOI的发展方向为高压高功率器件、MEMS、传感器等领域。键合技术是生产4到6英寸厚埋层SOI材料的主流技术。SIMOX技术在本领域使用有限。
对于汽车电子方面的应用，诸如NXP(前PhilipsSemiconductor)、Denso(日本电装株式会社)、Renesas(瑞萨)、Atmel(爱特梅尔)以及NationalSemiconductor(国家半导体)等公司正在使用SOI来帮助汽车制造商们设计出更安全、更舒适以及更便捷的汽车。
DaimlerChrysler（戴姆勒克莱斯勒），BMW（宝马）、Ford(福特)、GM(通用)、VW(德国大众)、Toyota（丰田）以及更多的汽车厂商正在尝试在跨多重应用和汽车网络协议使用的基于SOI的芯片。SOI使得芯片能够在很高的温度环境下（例如，在汽车引擎附近）运行，甚至在电子噪声环境下也能够正常运行。同时，它还能实现“智能功率”IC,即能够将数码、模拟以及功率组件紧密地封装在同一只芯片中。
3、SOI在集成光通讯方面的应用
SOI作为一种结构材料，在集成无源光通信器件方面的应用在20世纪初曾经很火热。在密集波分复用(DWDM)、波分复用(WDM)、光耦合VOA、AWG等方面都曾大量开展SOI的应用,试图用于高速宽带接口等方面。
但是,SOI在集成光通讯方面的应用在2000年后由于整个光通信市场的变化而迅速衰退。这方面的典型公司为英国Bookham。Bookham靠SOI基无源光通信器件发展起来而上市（IPO，InitialPublicOffering）首次公开募股成功,后来随光通信市场的变化而完全淡出SOI基无源光通信领域,转而发展基于传统材料的有源光通信器件。