Краткое введение в кремниевые пластины с высоким сопротивлением

Кремниевые пластины с высоким удельным сопротивлением (HR-Si), как следует из названия, представляют собой монокристаллический кремниевый материал с чрезвычайно высоким удельным сопротивлением. В передовой области производства полупроводников высокочастотные потери стали серьезной проблемой при проектировании высококачественных микросхем. Благодаря своему сверхвысокому сопротивлению кремниевая пластина с высоким удельным сопротивлением служит идеальным решением для подавления потерь подложки и устранения паразитных перекрестных помех.

Стандартные кремниевые пластины, используемые в обычных логических микросхемах (таких как центральные и графические процессоры), легируются определенной концентрацией примесей для облегчения электропроводности и формирования транзисторов с типичным удельным сопротивлением 1–50 Ом·см или даже ниже. И наоборот, кремниевая пластина с высоким удельным сопротивлением имеет удельное сопротивление более 1000 Ом·см и находится в почти собственном состоянии с чрезвычайно низкой концентрацией легирования.

Зачем нужна кремниевая пластина с высоким сопротивлением?

С постоянным увеличением частот связи стандартные кремниевые подложки имеют серьезные физические ограничения. Высокоомное сопротивлениекремниевые пластиныявляются идеальным решением для решения ключевых проблем передачи высокочастотных сигналов на кремниевых подложках.

1. Уменьшение потерь подложки

В условиях высокочастотной работы электромагнитные волны проникают через изоляционный слой и затем попадают в кремниевые подложки. Стандартные кремниевые подложки с низким удельным сопротивлением могут генерировать вихревые токи, которые преобразуют энергию высокочастотного радиочастотного сигнала в тепловую энергию, вызывая тем самым серьезные потери энергии. Напротив, кремний с высоким удельным сопротивлением практически не проводит ток, что позволяет эффективно подавлять вихревые токи и сохранять энергию сигнала.

2. Минимизация паразитной емкости и перекрестных помех.

Множество радиочастотных компонентов на чипах, таких как катушки индуктивности и переключатели, имеют тенденцию образовывать паразитную емкостную связь через проводящую подложку, что может вызвать взаимные помехи сигналов. Однако кремниевая подложка с высоким удельным сопротивлением может блокировать этот «проводящий путь» и значительно повысить уровень изоляции между компонентами.

3. Улучшенный коэффициент качества (Q-фактор) пассивных устройств.

Кремниевая пластина с высоким удельным сопротивлением может значительно улучшить добротность встроенных индукторов и эффективно снизить шум сигнала и энергопотребление в радиочастотных схемах.

Основные сценарии применения высокоомных кремниевых пластин

1. Радиочастотные и микроволновые поля.

2. Применение подложек для RF MEMS переключателей, фильтров и фазовращателей.

3. Применение кремниевых антенных интеграций и устройств миллиметрового диапазона (фронтальные модули 5G)

4. Применение кремниевых фотонных волноводов

5. Производство переходников TSV