Stručný úvod do vysoce odporových křemíkových destiček

Vysoce odolný křemíkový plátek (HR-Si), jak jeho název napovídá, je monokrystalický křemíkový materiál s extrémně vysokým měrným odporem. V oblasti pokročilé výroby polovodičů se vysokofrekvenční ztráty staly hlavní výzvou při návrhu špičkových čipů. Díky ultra vysokému měrnému odporu slouží křemíkový plátek s vysokým odporem jako ideální řešení pro potlačení ztráty substrátu a odstranění parazitních přeslechů.

Standardní křemíkové destičky přijaté konvenčními logickými čipy (jako jsou CPU a GPU) jsou dopovány určitou koncentrací nečistot, aby se usnadnilo elektrické vedení a tvorba tranzistorů, s typickým odporem 1–50 Ω·cm nebo dokonce nižším. Na rozdíl od toho má křemíkový plátek s vysokým odporem měrný odpor přes 1000 Ω·cm a vykazuje téměř vlastní stav s extrémně nízkou koncentrací dopingu.

Proč je vyžadován vysoce odolný silikonový plátek?

S neustálým zvyšováním komunikačních frekvencí mají standardní křemíkové substráty vážná fyzikální omezení. Vysoký odporkřemíkové destičkyjsou ideálním řešením pro řešení klíčových problémů přenosu vysokofrekvenčního signálu na křemíkových substrátech.

1. Snížená ztráta substrátu

Ve vysokofrekvenčních provozních podmínkách proniknou elektromagnetické vlny izolační vrstvou a poté proniknou do křemíkových substrátů. Standardní křemíkové substráty s nízkým měrným odporem mohou generovat vířivé proudy, které přeměňují energii vysokofrekvenčního RF signálu na tepelnou energii, což způsobuje vážné energetické ztráty. Naproti tomu křemík s vysokým odporem je téměř nevodivý, což může účinně potlačit vířivé proudy a zachovat energii signálu.

2. Minimalizovaná parazitní kapacita a přeslechy

Mnohočetné RF komponenty na čipech, jako jsou induktory a spínače, mají tendenci vytvářet parazitní kapacitní vazbu přes vodivý substrát, což může způsobit vzájemné rušení signálu. Křemíkový substrát s vysokým odporem však může blokovat tuto "vodivou cestu" a výrazně zvýšit úroveň izolace mezi součástmi.

3. Zlepšený faktor kvality (faktor Q) pasivních zařízení

Křemíkový plátek s vysokým odporem může výrazně zlepšit Q faktor induktorů na čipu a účinně snížit šum signálu a spotřebu energie v aplikacích radiofrekvenčních obvodů.

Hlavní aplikační scénáře vysokoodporových křemíkových plátků

1. Radiofrekvenční a mikrovlnná pole

2. Aplikace substrátu pro RF MEMS spínače, filtry a fázové posuvníky

3. Aplikace integrace antén na bázi křemíku a zařízení s milimetrovými vlnami (5G front-end moduly)

4. Aplikace křemíkového fotonického vlnovodu

5. Výroba interposerů TSV