Lyhyt johdatus korkearesistiivisiin piikiekoihin

Korkearesistiiviset piikiekot (HR-Si), kuten nimensä viittaa, on yksikiteinen piimateriaali, jolla on erittäin korkea ominaisvastus. Kehittyneessä puolijohteiden valmistuksessa suurtaajuuksien häviöstä on tullut suuri haaste huippuluokan sirusuunnittelussa. Erittäin suuren resistiivisyytensä ansiosta korkearesistiivinen piikiekko toimii ihanteellisena ratkaisuna substraatin häviämisen estämiseen ja loisten ylikuulumisen poistamiseen.

Tavanomaisten logiikkasirujen (kuten CPU:t ja GPU:t) hyväksymät standardipiikiekot on seostettu tietyllä pitoisuudella epäpuhtauksia sähkönjohtavuuden ja transistorin muodostumisen helpottamiseksi. Tyypillinen resistiivisyys on 1–50 Ω·cm tai jopa pienempi. Erilailla korkearesistiivisen piikiekon resistiivisyys on yli 1000 Ω·cm ja siinä on lähes luontainen tila erittäin alhaisella seostuspitoisuudella.

Miksi tarvitaan korkearesistiivistä piikiekkoa?

Viestintätaajuuksien jatkuvan kasvun myötä tavallisilla piisubstraateilla on vakavia fyysisiä rajoituksia. Korkea vastuspiikiekkojaovat ihanteellisia ratkaisuja piisubstraateilla olevien korkeataajuisten signaalien siirron avainongelmien ratkaisemiseen.

1. Vähentynyt alustahäviö

Korkeataajuisissa käyttöolosuhteissa sähkömagneettiset aallot tunkeutuvat eristekerroksen läpi ja menevät sitten piisubstraatteihin. Tavalliset piisubstraatit, joilla on pieni resistiivisyys, voivat tuottaa pyörrevirtoja, jotka muuttavat suurtaajuisen RF-signaalienergian lämpöenergiaksi, mikä aiheuttaa vakavaa energiahäviötä. Sitä vastoin korkearesistanssinen pii on lähes johtamaton, mikä voi tehokkaasti tukahduttaa pyörrevirtoja ja säilyttää signaalin energian.

2. Minimoitu loiskapasitanssi ja ylikuuluminen

Sirujen useat RF-komponentit, kuten induktorit ja kytkimet, pyrkivät muodostamaan parasiittisen kapasitiivisen kytkennän johtavan substraatin läpi, mikä voi aiheuttaa keskinäisiä signaalihäiriöitä. Korkean ominaisvastuksen piisubstraatti voi kuitenkin estää tämän "johtavan polun" ja parantaa huomattavasti komponenttien eristystasoa.

3. Passiivisten laitteiden parempi laatutekijä (Q-tekijä).

Suuriresistanssinen piikiekko voi merkittävästi parantaa piirissä olevien induktorien Q-kerrointa ja vähentää tehokkaasti signaalikohinaa ja virrankulutusta radiotaajuuspiirisovelluksissa.

Suuriresistiivisten piikiekkojen tärkeimmät sovellusskenaariot

1. Radiotaajuus- ja mikroaaltokentät

2. Substraattisovellukset RF MEMS-kytkimille, suodattimille ja vaiheensiirtimille

3. Piipohjaisten antenniintegraatioiden ja millimetriaaltolaitteiden sovellukset (5G-etumoduulit)

4. Piin fotoni-aaltoputkisovellukset

5. TSV-välityslaitteiden valmistus