Korte introductie tot siliciumwafels met hoge weerstand

Siliciumwafels met hoge weerstand (HR-Si), zoals de naam al doet vermoeden, zijn een monokristallijn siliciummateriaal met een extreem hoge weerstand. Op het gebied van geavanceerde halfgeleiderproductie is hoogfrequent verlies een grote uitdaging geworden bij het ontwerpen van hoogwaardige chips. Dankzij de ultrahoge weerstand dient de siliciumwafel met hoge weerstand als de ideale oplossing om substraatverlies te onderdrukken en parasitaire overspraak te elimineren.

Standaard siliciumwafels die worden gebruikt door conventionele logica-chips (zoals CPU's en GPU's) zijn gedoteerd met een bepaalde concentratie onzuiverheden om elektrische geleiding en transistorvorming te vergemakkelijken, met een typische soortelijke weerstand van 1–50 Ω·cm of zelfs lager. Anders gezegd, de siliciumwafel met hoge weerstand heeft een weerstand van meer dan 1000 Ω·cm en vertoont een vrijwel intrinsieke toestand met een extreem lage doteringsconcentratie.

Waarom is de siliciumwafel met hoge weerstand vereist?

Met de voortdurende toename van de communicatiefrequenties hebben standaard siliciumsubstraten ernstige fysieke beperkingen. De hoge weerstandsilicium wafelszijn ideale oplossingen om de belangrijkste problemen van hoogfrequente signaaloverdracht op siliciumsubstraten aan te pakken.

1. Verminderd substraatverlies

Bij hoogfrequente bedrijfsomstandigheden zullen elektromagnetische golven de isolatielaag binnendringen en vervolgens siliciumsubstraten binnendringen. Standaard siliciumsubstraten met een lage soortelijke weerstand kunnen wervelstromen genereren die hoogfrequente RF-signaalenergie omzetten in thermische energie, waardoor ernstig energieverlies ontstaat. Silicium met hoge weerstand is daarentegen vrijwel niet-geleidend, wat wervelstromen effectief kan onderdrukken en signaalenergie kan behouden.

2. Geminimaliseerde parasitaire capaciteit en overspraak

De meerdere RF-componenten op chips, zoals inductoren en schakelaars, hebben de neiging een parasitaire capacitieve koppeling te vormen via het geleidende substraat, wat wederzijdse signaalinterferentie kan veroorzaken. Een siliciumsubstraat met hoge weerstand kan dit "geleidende pad" echter blokkeren en het isolatieniveau tussen componenten aanzienlijk verbeteren.

3. Verbeterde kwaliteitsfactor (Q-factor) van passieve apparaten

De siliciumwafel met hoge weerstand kan de Q-factor van inductoren op de chip aanzienlijk verbeteren en de signaalruis en het energieverbruik in radiofrequentiecircuittoepassingen effectief verminderen.

Belangrijke toepassingsscenario's van siliciumwafels met hoge weerstand

1. Radiofrequentie- en microgolfvelden

2. Substraattoepassingen voor RF MEMS-schakelaars, filters en faseverschuivers

3. Toepassingen van op silicium gebaseerde antenne-integratie en millimetergolfapparaten (5G front-end modules)

4. Toepassingen van siliciumfotonische golfgeleiders

5. Productie van TSV-interposers