Kratek uvod v silicijeve rezine z visoko upornostjo

Silicijeve rezine z visoko upornostjo (HR-Si), kot že ime pove, je monokristalni silicijev material z izjemno visoko upornostjo. Na področju napredne proizvodnje polprevodnikov so visokofrekvenčne izgube postale velik izziv pri načrtovanju čipov višjega razreda. Zahvaljujoč svoji ultra visoki upornosti je silicijeva rezina z visoko upornostjo idealna rešitev za zmanjšanje izgube substrata in odpravo parazitskih preslušavanj.

Standardne silicijeve rezine, ki jih uporabljajo običajni logični čipi (kot so CPE in GPE), so dopirane z določeno koncentracijo nečistoč za lažjo električno prevodnost in tvorbo tranzistorjev, s tipično upornostjo 1–50 Ω·cm ali celo manj. Drugače pa ima silicijeva rezina z visoko upornostjo upornost nad 1000 Ω · cm in kaže skoraj intrinzično stanje z izjemno nizko koncentracijo dopinga.

Zakaj je potrebna silicijeva rezina z visoko upornostjo?

Z nenehnim naraščanjem komunikacijskih frekvenc imajo standardni silicijevi substrati resne fizične omejitve. Visoka upornostsilicijeve rezineso idealne rešitve za reševanje ključnih vprašanj visokofrekvenčnega prenosa signala na silicijeve substrate.

1. Zmanjšana izguba substrata

V visokofrekvenčnih delovnih pogojih bodo elektromagnetni valovi prodrli skozi izolacijsko plast in nato vstopili v silicijeve substrate. Standardni silicijevi substrati z nizko upornostjo lahko ustvarjajo vrtinčne tokove, ki pretvarjajo visokofrekvenčno energijo RF signala v toplotno energijo in tako povzročajo velike izgube energije. V nasprotju s tem je silicij z visoko upornostjo skoraj neprevoden, kar lahko učinkovito zavira vrtinčne tokove in ohranja energijo signala.

2. Zmanjšana parazitska kapacitivnost in preslušavanje

Več komponent RF na čipih, kot so induktorji in stikala, ponavadi tvorijo parazitsko kapacitivno sklopitev skozi prevodno podlago, kar lahko povzroči medsebojne motnje signala. Vendar pa lahko silicijev substrat z visoko upornostjo blokira to "prevodno pot" in močno poveča raven izolacije med komponentami.

3. Izboljšan faktor kakovosti (faktor Q) pasivnih naprav

Silicijeva rezina z visoko upornostjo lahko znatno izboljša faktor Q induktorjev na čipu in učinkovito zmanjša šum signala in porabo energije v aplikacijah radiofrekvenčnega vezja.

Glavni scenariji uporabe silicijevih rezin z visoko upornostjo

1. Radiofrekvenčna in mikrovalovna polja

2. Uporaba substrata za RF MEMS stikala, filtre in fazne prestavnike

3. Aplikacije integracije antene na osnovi silicija in naprav z milimetrskimi valovi (sprednji moduli 5G)

4. Aplikacije silicijevih fotonskih valovodov

5. Izdelava vmesnikov TSV