Scurtă introducere în plăcile de siliciu de înaltă rezistivitate

Plachetele de siliciu de înaltă rezistivitate (HR-Si), după cum sugerează și numele, sunt un material de siliciu monocristalin cu rezistivitate extrem de ridicată. În domeniul producției avansate de semiconductori, pierderea de înaltă frecvență a devenit o provocare majoră în proiectarea de cipuri de vârf. Datorită rezistivității sale ultra-înalte, placheta de siliciu de înaltă rezistivitate servește drept soluții ideale pentru a suprima pierderea de substrat și pentru a elimina diafonia parazită.

Plachetele standard de siliciu adoptate de cipurile logice convenționale (cum ar fi CPU-urile și GPU-urile) sunt dopate cu o anumită concentrație de impurități pentru a facilita conducerea electrică și formarea tranzistorului, cu o rezistivitate tipică de 1–50 Ω·cm sau chiar mai mică. În mod diferit, placheta de siliciu de înaltă rezistivitate prezintă o rezistivitate de peste 1000 Ω·cm și prezintă o stare aproape intrinsecă cu o concentrație de dopaj extrem de scăzută.

De ce este necesară placa de siliciu de înaltă rezistivitate?

Odată cu creșterea continuă a frecvențelor de comunicație, substraturile standard de siliciu au limitări fizice severe. Rezistivitatea ridicatăplachete de siliciusunt soluții ideale pentru a aborda problemele cheie ale transmisiei semnalului de înaltă frecvență pe substraturi de siliciu.

1. Pierdere redusă de substrat

În condiții de funcționare de înaltă frecvență, undele electromagnetice vor pătrunde în stratul izolator și apoi vor intra în substraturi de siliciu. Substraturile standard de siliciu cu rezistivitate scăzută pot genera curenți turbionari care convertesc energia semnalului RF de înaltă frecvență în energie termică, provocând astfel pierderi severe de energie. În schimb, siliciul de înaltă rezistivitate este aproape neconductiv, ceea ce poate suprima eficient curenții turbionari și poate păstra energia semnalului.

2. Capacitate parazită și diafonie minimizate

Componentele multiple RF de pe cipuri, cum ar fi inductoarele și comutatoarele, tind să formeze cuplaje capacitive parazite prin substratul conductor, ceea ce poate provoca interferențe reciproce ale semnalului. Cu toate acestea, un substrat de siliciu de înaltă rezistivitate poate bloca această „cale conductivă” și poate îmbunătăți foarte mult nivelul de izolare între componente.

3. Factor de calitate îmbunătățit (Factor Q) al dispozitivelor pasive

Placheta de siliciu de înaltă rezistivitate poate îmbunătăți semnificativ factorul Q al inductoarelor pe cip și poate reduce eficient zgomotul semnalului și consumul de energie în aplicațiile cu circuite de radiofrecvență.

Scenarii majore de aplicare ale plăcilor de siliciu cu rezistență ridicată

1. Câmpuri de radiofrecvență și microunde

2. Aplicații de substrat pentru comutatoarele, filtrele și defazatoarele RF MEMS

3. Aplicații ale integrării antenei pe bază de siliciu și dispozitivelor cu unde milimetrice (module front-end 5G)

4. Aplicații pentru ghiduri de undă fotonice din siliciu

5. Fabricarea interpozitoarelor TSV