High-Resistivity Substrates in 22-nm FD-SOI—Part I: Wideband Modeling and Impact on RF Losses

绝缘体上的硅 电阻率和电导率 宽带 材料科学 光电子学 无线电频率 硅 电气工程 电子工程 工程类
作者
Martin Rack,Dimitri C. Lederer,Jean‐Pierre Raskin
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:72 (9): 5229-5235 被引量:2
标识
DOI:10.1109/ted.2025.3594268
摘要

This article examines how the bulk and interface resistivity of silicon substrates influence the RF performance of devices fabricated in 22-nm fully depleted silicon-on-insulator (FD-SOI) technology. To investigate this, coplanar waveguides (CPWs) were designed and manufactured using GlobalFoundries’ 22FDX (Registered trademark) process on a range of substrates, from standard 10-Ωcm silicon wafers to high-resistivity (HR) 620-Ωcm wafers. In addition, various silicon-interface conditions were explored, introducing process variations in interface resistivity alongside changes in bulk resistivity. To achieve high interfacial resistivity, a series of p-n junctions were implemented at the interface, and these are proven to drastically reduce RF losses. From the CPW line measurement data, interface and bulk resistivity values were extracted for all six considered substrate variations. The extraction of these properties enables modeling of the materials present in all substrate stacks and permits electromagnetic (EM) simulations of various RF layouts of various shapes, functions and characteristic dimensions, such as spiral inductors and mm-wave single-pole double-throw (SPDT) switches. Such simulations are shown to correlate well to the measured data using the calibrated material stack description. This work demonstrates the impact of the substrate’s bulk and interface properties on the losses and quality of these devices and highlights the necessity for an effective interface passivation technique and appropriate modeling.

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