Brève introduction aux plaquettes de silicium à haute résistivité

Les plaquettes de silicium à haute résistivité (HR-Si), comme son nom l'indique, sont un matériau de silicium monocristallin doté d'une résistivité extrêmement élevée. Dans le domaine de la fabrication avancée de semi-conducteurs, la perte haute fréquence est devenue un défi majeur dans la conception de puces haut de gamme. Grâce à sa résistivité ultra élevée, la plaquette de silicium à haute résistivité constitue la solution idéale pour supprimer la perte de substrat et éliminer la diaphonie parasite.

Les plaquettes de silicium standard adoptées par les puces logiques conventionnelles (telles que les processeurs et les GPU) sont dopées avec une certaine concentration d'impuretés pour faciliter la conduction électrique et la formation de transistors, avec une résistivité typique de 1 à 50 Ω·cm ou même inférieure. En revanche, la tranche de silicium à haute résistivité présente une résistivité supérieure à 1 000 Ω·cm et présente un état presque intrinsèque avec une concentration de dopage extrêmement faible.

Pourquoi la plaquette de silicium à haute résistivité est-elle requise ?

Avec l’augmentation continue des fréquences de communication, les substrats de silicium standards présentent de sévères limitations physiques. La haute résistivitéplaquettes de siliciumsont des solutions idéales pour résoudre les problèmes clés de la transmission de signaux haute fréquence sur des substrats de silicium.

1. Perte de substrat réduite

Dans des conditions de fonctionnement à haute fréquence, les ondes électromagnétiques pénètrent dans la couche isolante puis dans les substrats de silicium. Les substrats de silicium standard à faible résistivité peuvent générer des courants de Foucault qui convertissent l'énergie du signal RF haute fréquence en énergie thermique, provoquant ainsi de graves pertes d'énergie. En revanche, le silicium à haute résistivité est presque non conducteur, ce qui peut supprimer efficacement les courants de Foucault et préserver l'énergie du signal.

2. Capacité parasite et diaphonie minimisées

Les multiples composants RF sur les puces, comme les inductances et les commutateurs, ont tendance à former un couplage capacitif parasite à travers le substrat conducteur, ce qui peut provoquer des interférences mutuelles de signaux. Cependant, un substrat de silicium à haute résistivité peut bloquer ce « chemin conducteur » et améliorer considérablement le niveau d'isolation entre les composants.

3. Facteur de qualité amélioré (facteur Q) des appareils passifs

La plaquette de silicium à haute résistivité peut améliorer considérablement le facteur Q des inductances sur puce et réduire efficacement le bruit du signal et la consommation d'énergie dans les applications de circuits radiofréquences.

Principaux scénarios d'application des plaquettes de silicium à haute résistivité

1. Champs de radiofréquences et de micro-ondes

2. Applications de substrat pour les commutateurs, filtres et déphaseurs RF MEMS

3. Applications de l'intégration d'antennes à base de silicium et des dispositifs à ondes millimétriques (modules frontaux 5G)

4. Applications des guides d'ondes photoniques au silicium

5. Fabrication d'interposeurs TSV