Короткий вступ до високоомних кремнієвих пластин

Високоопірні кремнієві пластини (HR-Si), як випливає з назви, є монокристалічним кремнієвим матеріалом із надзвичайно високим питомим опором. У передовій сфері виробництва напівпровідників високочастотні втрати стали серйозною проблемою при розробці мікросхем високого класу. Завдяки своєму надвисокому питомому опору кремнієва пластина з високим опором є ідеальним рішенням для придушення втрат на підкладці та усунення паразитних перехресних перешкод.

Стандартні кремнієві пластини, прийняті звичайними логічними мікросхемами (такими як процесори та графічні процесори), леговані певною концентрацією домішок для полегшення електропровідності та формування транзисторів із типовим питомим опором 1–50 Ом·см або навіть нижче. З іншого боку, кремнієва пластина з високим опором має питомий опір понад 1000 Ом·см і демонструє майже власний стан із надзвичайно низькою концентрацією легування.

Чому потрібна високоомна кремнієва пластина?

Із постійним зростанням частот зв’язку стандартні кремнієві підкладки мають серйозні фізичні обмеження. Високоомнийкремнієві пластиниє ідеальними рішеннями для вирішення ключових проблем передачі високочастотного сигналу на кремнієвих підкладках.

1. Зменшена втрата субстрату

У високочастотних робочих умовах електромагнітні хвилі проникають через ізоляційний шар, а потім потрапляють на кремнієві підкладки. Стандартні кремнієві підкладки з низьким питомим опором можуть генерувати вихрові струми, які перетворюють енергію високочастотного РЧ-сигналу в теплову енергію, що спричиняє значні втрати енергії. Навпаки, кремній з високим питомим опором є майже непровідним, що може ефективно пригнічувати вихрові струми та зберігати енергію сигналу.

2. Зведена до мінімуму паразитна ємність і перехресні перешкоди

Кілька радіочастотних компонентів на мікросхемах, як-от індуктори та перемикачі, мають тенденцію до утворення паразитного ємнісного зв’язку через провідну підкладку, що може спричинити взаємні перешкоди сигналу. Однак кремнієва підкладка з високим питомим опором може блокувати цей «провідний шлях» і значно підвищити рівень ізоляції між компонентами.

3. Покращений коефіцієнт якості (Q фактор) пасивних пристроїв

Кремнієва пластина з високим опором може значно покращити добротність індукторів на кристалі та ефективно знизити шум сигналу та споживання енергії в радіочастотних схемах.

Основні сценарії застосування високоомних кремнієвих пластин

1. Радіочастотні та мікрохвильові поля

2. Застосування підкладки для радіочастотних MEMS-перемикачів, фільтрів і фазовращателей

3. Застосування інтеграції антен на основі кремнію та пристроїв міліметрового діапазону (інтерфейсні модулі 5G)

4. Застосування кремнієвих фотонних хвилеводів

5. Виготовлення інтерпозерів ТСВ