High performance porous silicon substrate for the integration of millimeter-wave passive devices

• Autorzy: Belaroussi Yasmina , Saadi Abdelhalim , Taibi Abdelkader , Maafri Djabar , Zatout Boumediene , Corrao Nicolas

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.07.48

Warianty tytułu

PL

Wysokowydajne porowate podłoże krzemowe do integracji urządzeń pasywnych wykorzystujących fale milimetrowe

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this letter, the performance of porous silicon (PSi) substrate dedicated for millimeter-wave integrated passive circuits is figured out by integrating mm-wave bandpass filter (MBPF) centered at 60 GHz. PSi is fabricated by electroporisification starting from cheap standard resistivity (1 10 Ω.cm) Si substrate. Besides on its suitability for passive mm-wave circuit integration, this PSi is compatible with CMOS process especially when localized porosification technique is considered. Compared with the conventional MBPF implemented on standard (Std) Si substrate, the MBPF design on PSi shows interesting performance, thanks to the high resistivity of the PSi substrate leading to reduced harmful effects of the substrate.

PL

W tym liście wydajność porowatego podłoża krzemowego (PSi) przeznaczonego do scalonych układów pasywnych fal milimetrowych jest obliczona poprzez zintegrowanie filtru środkowoprzepustowego fal milimetrowych (MBPF) wyśrodkowanego na 60 GHz. PSi jest wytwarzany przez elektroporyzację, zaczynając od taniego standardowego podłoża Si o rezystywności standardowej (1-10 Ω.cm). Poza przydatnością do pasywnej integracji obwodów fal milimetrowych, ten PSi jest kompatybilny z procesem CMOS, zwłaszcza gdy rozważana jest technika miejscowej porowatości. W porównaniu z konwencjonalnym MBPF zaimplementowanym na standardowym (Std) podłożu Si, projekt MBPF na PSi wykazuje interesującą wydajność, dzięki wysokiej rezystywności podłoża PSi, co prowadzi do zmniejszenia szkodliwych skutków podłoża.

Słowa kluczowe

EN

bandpass filter; BPF; coplanar waveguide; CPW; millimeter-wave; porous silicon

PL

filtr pasmowo-przepustowy; BPF; falowód współpłaszczyznowy; fala milimetrowa; krzem porowaty

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 7
• Strony: 243--246
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Belaroussi Yasmina

• Center for Development of Advanced Technologies, Algiers 16303, Algeria

• https://orcid.org/0000-0003-1194-7198

autor

Saadi Abdelhalim

• NXP Semiconductors SAS, Toulouse 31000, France

• https://orcid.org/0000-0003-4833-2517

autor

Taibi Abdelkader

• University of Blida 1, Blida 09100, Algeria

• https://orcid.org/0000-0003-1158-2109

autor

Maafri Djabar

• Center for Development of Advanced Technologies, Algiers, Algeria

• https://orcid.org/0000-0002-1380-3502

autor

Zatout Boumediene

• Center for Development of Advanced Technologies, Algiers, Algeria

• https://orcid.org/0000-0003-0004-9296

autor

Corrao Nicolas

• IMEP-LAHC, Univ. Grenoble Alpes, Grenoble INP, Grenoble, France

Bibliografia

• [1] Saadi A. A., Yagoub MCE., Slimane A., Touhami R., “Design of miniaturised CMOS bandpass filters for ultra-wideband applications”, AEU-Int. J. Electron. Commun., 84 (2019), 1-7
• [2] Majidzadeh M., Ghobadi C., Nourinia J., “Novel single layer reconfigurable frequency selective surface with UWB and multi band modes of operation”, AEU – Int. J. Electron. Commun., 70 (2016), No. 2, 151–61
• [3] Lederer. D., Raskin. J.-P., “RF performance of a commercial SOI technology transferred onto a passivated HR silicon substrate”, IEEE Trans. Electron Dev., 55 (2008), No. 7, 1664 1671
• [4] Neve C. R., Raskin J-P., “RF harmonic distortion of CPW lines on HR-Si and Trap-Rich HR-Si substrates”, IEEE Trans. Electron Dev., 59 (2012), 924–32
• [5] Capelle M., Billoué J., Poveda P., Gautier G., “RF performances of inductors integrated on localized p+-type porous silicon regions”, Nanosc. Res. Lett., 7 (2012), No. 1, 523–530
• [6] Franc A-L., Pistono E., Gloria D., Ferrari P., “High-performance shielded coplanar waveguides for the design of CMOS 60-GHz and pass filters”, IEEE Trans. Electron Dev., 59 (2012), No. 5, 1219–26
• [7] Safaris P., Nassiopoulou A. G., Issa H. Ferrari P., “High performance on-chip lowpass filters using CPW and slow wave-CPW transmission”, IEEE Trans. Electron Dev., 63 (2016), No. 1, 439–45
• [8] Scheen G., Tuyaerts R., Rack M., Nyssens L., Rasson J., Raskin J.-P., “Post-process porous silicon for 5G applications”, Fifth Joint International EUROSOI-ULIS Conference, Grenoble, France, (2019), 110-111
• [9] Mohamadinia A., Shama F., Sattari M., “Miniaturized bandpass filter using coupled lines for wireless applications”, Frequenz, 75 (2021), 301–308
• [10] PRZESMYCKI R., BUGAJ M., “Flexible circle antenna for 5G system operating in 3.6 GHz band”, Przegląd Elektrotechniczny, 99 (2023), nr 8, 266-273
• [11] Belaroussi Y., Scheen G., Saadi A., Taibi A., Maafri D., Nysten B., Gabouze N., Raskin J.-P., “Structural and nanomechanical properties of porous silicon: cheap substrate for CMOS process industry”, Surf. Interf. Analy., 52 (2020), 1055-1060
• [12] Issa H., Ferrari P., Hourdakis E. Nassiopoulou A. G., “On-chip high-performance millimeter-wave transmission lines on locally grown porous silicon areas”, IEEE Trans. Electron Dev., 58 (2011), No. 11, 3720–3724
• [13] Safaris P., Hourdakis E., Nassiopoulou A. G., Roda Neve C., Ben Ali K., Raskin J.-P., “Advanced Si-based substrates for RF passive integration: Comparison between local porous Si layer technology and trap-rich high resistivity Si”, Solid-State Electron., 87 (2013), 27-33
• [14] Belaroussi Y., Rack M., Saadi A. A., Scheen G., Belaroussi M. T., Trabelsi M., Raskin J.-P., “High quality silicon-based substrates for microwave and millimeter wave passive circuits”, Solid-State Electron., 135 (2017), 78-84
• [15] Belaroussi Y., Slimane A., Belaroussi M. T., Trabelsi M., Scheen G., Ben Ali K., Raskin J.-P., “RF and Non-linearity characterization of porous silicon layer for RF ICs”, Proceedings of IEEE 9th International Design and Test Symposium (IDT), Algiers, Algeria, (2014), 79-82
• [16] Rack M., Belaroussi Y., Ben Ali K., Scheen G., Raskin J.-P., “Small- and large-signal performance up to 175°C of low-cost porous silicon substrate for RF applications”, IEEE Trans. Electron Dev., 65 (2018), nr. 5, 1887-1895
• [17] Lederer D., Raskin J.-P., “Effective resistivity of fully-processed SOI substrates”, Solid-State Electron., 49 (2005), No. 3, 491 496
• [18] Hsu C.-Y., Chen C.-Y., Chuang H.-R., “A 60-GHz Millimeter Wave Bandpass Filter Using 0.18-μm CMOS Technology”, IEEE Trans. Electron Dev. Lett., 29 (2008), No. 3, 246-248
• [19] Xu K.-D., Liu Y., “Millimeter-Wave On-Chip Bandpass Filter Using Complementary-Broadside-Coupled Structure”, IEEE Trans. on Circuits Syst. II, Exp. Briefs, 70 (2023), No. 8, 2829 2833
• [20] Chen B., Thapa S. K., Barakat A., Pokharel R. K., “A W-band compact substrate integrated waveguide bandpass filter with defected ground structure in CMOS technology”, IEEE Trans. Circuits Syst. II, Exp. Briefs, 69 (2022), No. 3, 889–893
• [21] Ge Z., Chen L., Gómez-García R., Zhu X., “Millimeter-wave wideband bandpass filter in CMOS technology using a two layered highpass-type approach with embedded upper stopband”, IEEE Trans. Circuits Syst. II, Exp. Briefs, 68 (2021), No. 5, 1586–1590

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).