Krótkie wprowadzenie do płytek krzemowych o wysokiej rezystancji

Wafle krzemowe o wysokiej rezystancji (HR-Si), jak sama nazwa wskazuje, to monokrystaliczny materiał krzemowy o wyjątkowo wysokiej rezystywności. W zaawansowanej produkcji półprzewodników straty w wysokich częstotliwościach stały się głównym wyzwaniem w projektowaniu wysokiej klasy chipów. Dzięki swojej ultrawysokiej rezystywności, płytka krzemowa o wysokiej rezystancji stanowi idealne rozwiązanie tłumiące utratę podłoża i eliminujące przesłuchy pasożytnicze.

Standardowe płytki krzemowe stosowane w konwencjonalnych układach logicznych (takich jak procesory i procesory graficzne) są domieszkowane pewnym stężeniem zanieczyszczeń w celu ułatwienia przewodzenia elektrycznego i tworzenia tranzystorów, o typowej rezystywności wynoszącej 1–50 Ω·cm lub nawet niższej. Z drugiej strony, płytka krzemowa o wysokiej rezystancji ma rezystywność ponad 1000 Ω·cm i wykazuje stan niemal wewnętrzny przy wyjątkowo niskim stężeniu domieszki.

Dlaczego wymagana jest płytka krzemowa o wysokiej rezystancji?

Wraz ze stałym wzrostem częstotliwości komunikacyjnych standardowe podłoża krzemowe mają poważne ograniczenia fizyczne. Wysoka rezystancjawafle krzemoweto idealne rozwiązania umożliwiające rozwiązanie kluczowych problemów związanych z transmisją sygnałów o wysokiej częstotliwości na podłożach krzemowych.

1. Zmniejszona utrata podłoża

W warunkach pracy o wysokiej częstotliwości fale elektromagnetyczne przenikają przez warstwę izolacyjną, a następnie przedostają się do podłoża krzemowego. Standardowe podłoża krzemowe o niskiej rezystywności mogą generować prądy wirowe, które przekształcają energię sygnału RF o wysokiej częstotliwości w energię cieplną, powodując w ten sposób poważne straty energii. W przeciwieństwie do tego krzem o wysokiej rezystancji jest prawie nieprzewodzący, co może skutecznie tłumić prądy wirowe i oszczędzać energię sygnału.

2. Zminimalizowana pojemność pasożytnicza i przesłuch

Wiele komponentów RF w chipach, takich jak cewki indukcyjne i przełączniki, ma tendencję do tworzenia pasożytniczego sprzężenia pojemnościowego poprzez przewodzące podłoże, co może powodować wzajemne zakłócenia sygnału. Jednakże podłoże krzemowe o wysokiej rezystywności może blokować tę „ścieżkę przewodzącą” i znacznie zwiększać poziom izolacji między komponentami.

3. Poprawiony współczynnik jakości (współczynnik Q) urządzeń pasywnych

Płytka krzemowa o wysokiej rezystancji może znacznie poprawić współczynnik Q cewek wbudowanych w chip i skutecznie obniżyć szum sygnału i zużycie energii w zastosowaniach obwodów częstotliwości radiowej.

Główne scenariusze zastosowań płytek krzemowych o wysokiej rezystancji

1. Częstotliwość radiowa i pola mikrofalowe

2. Zastosowania podłoża dla przełączników, filtrów i przesuwników fazowych RF MEMS

3. Zastosowania integracji anten krzemowych i urządzeń wykorzystujących fale milimetrowe (moduły front-end 5G)

4. Zastosowania krzemowych falowodów fotonicznych

5. Produkcja przekładek TSV