SOTB Process ประหยัดพลังงานเหนือกว่า Ultra Low Power สำหรับอุปกรณ์ IOT

ผู้ผลิตในอุตสาหกรรมอิเล็คทรอนิคเซมิคอนดักเตอร์ต่างพัฒนาเทคโนโลยีการประดิษฐ์คิดค้นและงานวิจัยใหม่ๆ เพื่อผลิตภัณฑ์ที่ดีที่สุดตอบโจทย์ผู้ใช้งาน 

อุปกรณ์อิเลคทรอนิคส์ต่างๆ กำลังมุ่งเน้นกับเทคโนโลยี IOT (Internet of Thing)สมรรถนะความเร็ว  ประหยัดพลังงาน และประสิทธิภาพการทำงาน เป็นเรื่องหลักๆ ที่ผู้ออกแบบต่างพิจารณาเป็นเรื่องแรก ๆ   ล่าสุด Renesas ได้ประกาศความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการผลิตอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำที่เรียกว่า SOTB ( Silicon On Thin Buried Oxide ) นำมาใช้ใน MCU เพื่องาน IOT โดยเฉพาะ

นวัตกรรม  SOTB

เทคโนโลยี SOTB นั้นเป็นสิทธิบัตรเฉพาะจากบริษัท Renesas Electronics Corporation เป็นกระบวนการพัฒนาในขั้นตอนการผลิต Wafer ของ Silicon ที่ซับซ้อน ประโยชน์หลักของเทคโนโลยีนี้คือเรื่องบริโภคพลังงานที่ลดลงจากเดิมให้มากที่สุด

โครงสร้างภายของ SOTB

SOTB process from renesas
เปรียบเทียบโครงสร้างของ SOTB กับ ทรานซิสเตอร์ดั้งเดิม

รูปด้านซ้ายเป็นโครงสร้างแบบ SOTB ส่วนด้านขวาเป็นโครงสร้างทรานซิสเตอร์แบบเดิม ความแตกต่างแรกของ SOTB กับทรานซิสเตอร์ทั่วไปคือ SOTB จะมีชั้นฟิล์มฉนวนบาง ๆ (เรียกว่า Thin Buried Oxide)  บน Silicon Substrate ดังรูปด้านซ้าย ซึ่งชั้นฟิล์มบาง ๆ นี้จะถูกทำให้บริสุทธิ์เท่าที่จะเป็นไปได้ ด้วยคุณสมบัติพิเศษของชั้นฟิล์มนี้ทำให้การทำงานใน Mode Active ใช้กระแสและแรงดันต่ำมาก ๆ   ความแตกต่างประการที่สองคือส่วนของ back-side gate control ของโครงสร้าง SOTB ดังรูปด้านซ้าย จะมีคุณสมบัติที่ลดกระแสรั่วไหลในขณะที่อุปกรณ์อยู่ใน Mode Standby

เปรียบเทียบกับเทคโนโลยีประหยัดพลังงานแบบอื่น

ความโดดเด่นสิ่งแรกของเทคโนโลยี SOTB คืออัตราการบริโภคพลังงานที่น้อยมากหากเทียบกับเทคโนโลยีประหยัดพลังงานทั่ว ๆ ไป  และสิ่งที่สองคือการทำงานในย่านความถี่ที่สูงถึง 64MHz ในขณะที่แรงดันในการทำงานอยู่ที่ 1.62 โวลต์เท่านั้น ซึ่งเป็นไปไม่ได้เลยสำหรับอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำทั่ว ๆ ไป

จากรูปเป็นกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างกระแสในขณะอุปกรณ์ Standby กับกระแสในขณะอุปกรณ์ Active  ของเทคโนโลยีประหยัดพลังงานในแบบต่าง ๆ  แสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยี SOTB สามารถลดการใช้กระแสได้มากที่สุด

hybrid structure SOTB transistor
โครงสร้างแบบผสมผสานระหว่าง SOTB กับทราสซิสเตอร์ดั้งเดิม

เมื่อนำโครงสร้างคุณสมบัติที่ดีของ SOTB ร่วมกับโครงสร้างทรานซิสเตอร์แบบดั้งเดิมทำให้สามารถเพิ่มสมรรถนะและประสิทธิภาพให้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ได้โดยนำไปใช้ในส่วนของ  I/O พอร์ท , หน่วยความจำ, อนาล็อคไอพี, หรือจะเป็นภาคจ่ายไฟ, ซึ่งสามารถบรรจุในชิปเพียงตัวเดียว

การนำคุณประโยชน์ของ SOTB  ไปใช้

หากเทียบกับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ทั่ว ๆ ไป เทคโนโลยี SOTB  สามารถลดการใช้พลังงานได้ถึง 10 เท่า  ดังนั้นเมื่ออุปกรณ์บริโภคพลังงานที่ต่ำมาก ๆ ทั้งในขณะสแตนบายหรือขณะทำงานปกติ  ทำให้ผู้ออกแบบสามารถออกแบบอุปกรณ์ให้ไม่ต้องมีแบตเตอรี่แบคอัพแต่ใช้พลังงานจากธรรมชาติแทน เช่น แสง  การสั่นสะเทือน พลังงานจลของน้ำ เป็นต้น

SOTB active and standby current 1/10 of conventional low-power MCU
MCU ใช้พลังงานลดลงจากเดิม 10 เท่าและไม่ต้องใช้แบตเตอรี

ตระกูลไมโครคอนโทรลเลอร์ RE จาก Renesas พร้อมให้ใช้งานแล้ว

จากการวิจัยอย่างหนักกับเทคโนโลยี SOTB  Renesas ได้บรรจุเทคโนโลยีนี้ลงในตระกูล RE ด้วยฟีเจอร์ที่โดดเด่นคือ สุดยอดโหมดประหยัดพลังงานทั้งโหมดทำงานปกติและสแตนบาย เหมาะสำหรับงาน IOT

จุดเด่นของ SOTB ตระกูล RE

สรุปจุดเด่นของ RE ที่ใช้ SOTB Process

  • ประหยัดพลังงานทั้งในโหมดสแตนบายและโหมดทำงานปกติ
  • ทำงานความถี่สูง ในขณะที่แรงดันต่ำ
  • กระแสใช้ในเซนเซอร์ต่ำมาก
  • ใช้แกนประมวลผล ARM

สอบถามข้อมูลเพิ่มเติม บริษัท ทาชิบานา เซล (บางกอก) จำกัด

โทร 092-274-4173 หรือ โทร 02-652-5191

Nataphonng Thipkham

Leave a Reply