Breve introduzione ai wafer di silicio ad alta resistività

I wafer di silicio ad alta resistività (HR-Si), come suggerisce il nome, sono un materiale di silicio monocristallino con resistività estremamente elevata. Nel campo della produzione avanzata di semiconduttori, la perdita ad alta frequenza è diventata una sfida importante nella progettazione di chip di fascia alta. Grazie alla sua resistività ultraelevata, il wafer di silicio ad alta resistività costituisce la soluzione ideale per sopprimere la perdita di substrato ed eliminare la diafonia parassita.

I wafer di silicio standard adottati dai chip logici convenzionali (come CPU e GPU) sono drogati con una certa concentrazione di impurità per facilitare la conduzione elettrica e la formazione di transistor, con una resistività tipica di 1–50 Ω·cm o anche inferiore. Diversamente, il wafer di silicio ad alta resistività presenta una resistività di oltre 1000 Ω·cm e mostra uno stato quasi intrinseco con una concentrazione di drogaggio estremamente bassa.

Perché è necessario il wafer di silicio ad alta resistività?

Con il continuo aumento delle frequenze di comunicazione, i substrati standard in silicio presentano gravi limitazioni fisiche. L'alta resistivitàwafer di siliciosono soluzioni ideali per affrontare i problemi chiave della trasmissione del segnale ad alta frequenza su substrati di silicio.

1. Perdita di substrato ridotta

In condizioni operative ad alta frequenza, le onde elettromagnetiche penetrano nello strato isolante e quindi nei substrati di silicio. I substrati standard in silicio con bassa resistività possono generare correnti parassite che convertono l'energia del segnale RF ad alta frequenza in energia termica, causando così gravi perdite di energia. Al contrario, il silicio ad alta resistività è quasi non conduttivo, il che può sopprimere efficacemente le correnti parassite e preservare l'energia del segnale.

2. Capacità parassita e diafonia ridotte al minimo

I molteplici componenti RF su chip come induttori e interruttori tendono a formare un accoppiamento capacitivo parassita attraverso il substrato conduttivo, che può causare interferenze reciproche nel segnale. Tuttavia, un substrato di silicio ad alta resistività può bloccare questo "percorso conduttivo" e migliorare notevolmente il livello di isolamento tra i componenti.

3. Miglioramento del fattore di qualità (fattore Q) dei dispositivi passivi

Il wafer di silicio ad alta resistività può migliorare significativamente il fattore Q degli induttori su chip e ridurre efficacemente il rumore del segnale e il consumo energetico nelle applicazioni di circuiti a radiofrequenza.

Principali scenari applicativi dei wafer di silicio ad alta resistività

1. Campi a radiofrequenza e microonde

2. Applicazioni del substrato per interruttori, filtri e sfasatori RF MEMS

3. Applicazioni di integrazione di antenne basate su silicio e dispositivi a onde millimetriche (moduli front-end 5G)

4. Applicazioni di guide d'onda fotoniche al silicio

5. Produzione di interpositori TSV