Кратко въведение в силициевите пластини с високо съпротивление

Силициевите пластини с високо съпротивление (HR-Si), както подсказва името им, са монокристален силициев материал с изключително високо съпротивление. В областта на модерното производство на полупроводници, високочестотните загуби се превърнаха в основно предизвикателство при дизайна на чипове от висок клас. Благодарение на ултрависокото си съпротивление, силициевата пластина с високо съпротивление служи като идеалното решение за потискане на загубата на субстрат и елиминиране на паразитни пресичания.

Стандартните силициеви пластини, възприети от конвенционалните логически чипове (като CPU и GPU), са легирани с определена концентрация на примеси, за да се улесни електрическата проводимост и формирането на транзистори, с типично съпротивление от 1–50 Ω·cm или дори по-ниско. За разлика от това, силициевата пластина с високо съпротивление има съпротивление от над 1000 Ω · cm и показва почти присъщо състояние с изключително ниска концентрация на допинг.

Защо е необходима силиконова пластина с високо съпротивление?

С непрекъснатото увеличаване на комуникационните честоти, стандартните силициеви субстрати имат сериозни физически ограничения. Високото съпротивлениесилициеви пластиниса идеални решения за справяне с ключовите проблеми на предаването на високочестотен сигнал върху силициеви субстрати.

1. Намалена загуба на субстрат

При високочестотни работни условия електромагнитните вълни ще проникнат през изолационния слой и след това ще навлязат в силициевите субстрати. Стандартните силициеви субстрати с ниско съпротивление могат да генерират вихрови токове, които преобразуват енергията на високочестотния RF сигнал в топлинна енергия, като по този начин причиняват сериозна загуба на енергия. За разлика от това, силицийът с високо съпротивление е почти непроводим, което може ефективно да потисне вихровите токове и да запази енергията на сигнала.

2. Минимизиран паразитен капацитет и пресичане

Множеството радиочестотни компоненти на чипове като индуктори и превключватели са склонни да образуват паразитно капацитивно свързване през проводимия субстрат, което може да причини взаимна интерференция на сигнала. Въпреки това, силиконов субстрат с високо съпротивление може да блокира този "проводящ път" и значително да подобри нивото на изолация между компонентите.

3. Подобрен коефициент на качество (Q фактор) на пасивни устройства

Силициевата пластина с високо съпротивление може значително да подобри Q фактора на индукторите в чипа и ефективно да намали шума на сигнала и консумацията на енергия в приложения с радиочестотна верига.

Основни сценарии за приложение на силициеви пластини с високо съпротивление

1. Радиочестотни и микровълнови полета

2. Субстратни приложения за RF MEMS превключватели, филтри и фазови превключватели

3. Приложения на базирана на силиций интеграция на антена и устройства с милиметрови вълни (5G предни модули)

4. Силициеви фотонни вълноводни приложения

5. Производство на TSV интерпозери