Kurze Einführung in hochohmige Siliziumwafer

Hochohmige Siliziumwafer (HR-Si) sind, wie der Name schon sagt, ein monokristallines Siliziummaterial mit extrem hohem spezifischem Widerstand. Im Bereich der fortschrittlichen Halbleiterfertigung sind Hochfrequenzverluste zu einer großen Herausforderung beim High-End-Chipdesign geworden. Dank seines extrem hohen spezifischen Widerstands ist der Siliziumwafer mit hohem spezifischem Widerstand die ideale Lösung, um Substratverluste zu unterdrücken und parasitäres Übersprechen zu eliminieren.

Standard-Siliziumwafer, die in herkömmlichen Logikchips (z. B. CPUs und GPUs) verwendet werden, sind mit einer bestimmten Konzentration an Verunreinigungen dotiert, um die elektrische Leitung und Transistorbildung zu erleichtern, mit einem typischen spezifischen Widerstand von 1–50 Ω·cm oder sogar weniger. Im Gegensatz dazu weist der hochohmige Siliziumwafer einen spezifischen Widerstand von über 1000 Ω·cm auf und weist einen nahezu intrinsischen Zustand mit extrem niedriger Dotierungskonzentration auf.

Warum ist ein hochohmiger Siliziumwafer erforderlich?

Aufgrund der kontinuierlichen Zunahme der Kommunikationsfrequenzen unterliegen Standard-Siliziumsubstrate erheblichen physikalischen Einschränkungen. Der hohe WiderstandSiliziumwafersind ideale Lösungen, um die zentralen Probleme der Hochfrequenzsignalübertragung auf Siliziumsubstraten anzugehen.

1.Reduzierter Substratverlust

Bei hochfrequenten Betriebsbedingungen durchdringen elektromagnetische Wellen die Isolierschicht und dringen dann in Siliziumsubstrate ein. Standard-Siliziumsubstrate mit niedrigem spezifischem Widerstand können Wirbelströme erzeugen, die hochfrequente HF-Signalenergie in thermische Energie umwandeln und so schwere Energieverluste verursachen. Im Gegensatz dazu ist Silizium mit hohem spezifischem Widerstand nahezu nicht leitend, wodurch Wirbelströme wirksam unterdrückt und Signalenergie erhalten bleiben können.

2. Minimierte parasitäre Kapazität und Übersprechen

Die zahlreichen HF-Komponenten auf Chips wie Induktivitäten und Schalter neigen dazu, durch das leitende Substrat eine parasitäre kapazitive Kopplung zu bilden, die zu gegenseitigen Signalstörungen führen kann. Allerdings kann ein Siliziumsubstrat mit hohem Widerstand diesen „leitenden Pfad“ blockieren und den Isolationsgrad zwischen den Komponenten erheblich verbessern.

3. Verbesserter Qualitätsfaktor (Q-Faktor) passiver Geräte

Der hochohmige Siliziumwafer kann den Q-Faktor von On-Chip-Induktivitäten erheblich verbessern und das Signalrauschen und den Stromverbrauch in Hochfrequenzschaltungsanwendungen effektiv senken.

Hauptanwendungsszenarien von Siliziumwafern mit hohem Widerstand

1. Radiofrequenz- und Mikrowellenfelder

2. Substratanwendungen für HF-MEMS-Schalter, Filter und Phasenschieber

3. Anwendungen der siliziumbasierten Antennenintegration und Millimeterwellengeräte (5G-Frontend-Module)

4. Anwendungen für photonische Wellenleiter aus Silizium

5. Herstellung von TSV-Interposern