Kort introduksjon til høyresistivitets silisiumskiver

Høyresistivitets silisiumskiver (HR-Si), som navnet antyder, er et monokrystallinsk silisiummateriale med ekstremt høy resistivitet. I det avanserte halvlederproduksjonsfeltet har høyfrekvent tap blitt en stor utfordring i high-end brikkedesign. Takket være sin ultrahøye resistivitet, fungerer silisiumplaten med høy resistivitet som den ideelle løsningen for å undertrykke tap av substrat og eliminere parasittisk krysstale.

Standard silisiumskiver tatt i bruk av konvensjonelle logiske brikker (som CPUer og GPUer) er dopet med en viss konsentrasjon av urenheter for å lette elektrisk ledning og transistordannelse, med en typisk resistivitet på 1–50 Ω·cm eller enda lavere. På en annen måte har silisiumplaten med høy resistivitet en resistivitet på over 1000 Ω·cm og viser en nesten iboende tilstand med ekstremt lav dopingkonsentrasjon.

Hvorfor kreves silisiumwafer med høy resistivitet?

Med den kontinuerlige økningen i kommunikasjonsfrekvenser har standard silisiumsubstrater alvorlige fysiske begrensninger. Den høye resistivitetensilisiumskiverer ideelle løsninger for å løse de viktigste problemene med høyfrekvent signaloverføring på silisiumsubstrater.

1. Redusert substrattap

Under høyfrekvente driftsforhold vil elektromagnetiske bølger trenge gjennom det isolerende laget og deretter trenge inn i silisiumsubstrater. Standard silisiumsubstrater med lav resistivitet kan generere virvelstrømmer som konverterer høyfrekvent RF-signalenergi til termisk energi, og dermed forårsake alvorlig energitap. I motsetning til dette er silisium med høy resistivitet nesten ikke-ledende, noe som effektivt kan undertrykke virvelstrømmer og bevare signalenergi.

2. Minimert parasittisk kapasitans og krysstale

De flere RF-komponentene på brikker som induktorer og brytere har en tendens til å danne parasittisk kapasitiv kobling gjennom det ledende substratet, noe som kan forårsake gjensidig signalforstyrrelse. Imidlertid kan et silisiumsubstrat med høy resistivitet blokkere denne "ledende banen" og i stor grad øke isolasjonsnivået mellom komponentene.

3. Forbedret kvalitetsfaktor (Q-faktor) for passive enheter

Silisiumplaten med høy resistivitet kan forbedre Q-faktoren til on-chip induktorer betydelig og effektivt redusere signalstøy og strømforbruk i radiofrekvenskretsapplikasjoner.

Store bruksscenarier for silisiumskiver med høy resistivitet

1. Radiofrekvens- og mikrobølgefelt

2. Substratapplikasjoner for RF MEMS-brytere, filtre og faseskiftere

3. Anvendelser av silisiumbaserte antenneintegrasjon og millimeterbølgeenheter (5G frontend-moduler)

4. Silisium fotoniske bølgelederapplikasjoner

5. TSV interposers produksjon