Кремний – германий - Silicon–germanium

SiGe ( / с ɪ ɡ я / или / с aɪ dʒ я / ), или кремний-германий , представляет собой сплав с любым молярным соотношением кремния и германия , т.е. с молекулярной формулой вида Si 1- х Ge х . Он обычно используется в качестве полупроводникового материала в интегральных схемах (ИС) для биполярных транзисторов с гетеропереходом или в качестве вызывающего деформацию слоя для КМОП- транзисторов. IBM представила эту технологию в массовом производстве в 1989 году. Эта относительно новая технология открывает возможности для разработки и производства схем со смешанными сигналами и аналоговых схем . SiGe также используется в качестве термоэлектрического материала для высокотемпературных применений (> 700 K).

Производство

Берни Мейерсон отстаивал идею использования кремний-германий в качестве полупроводника. SiGe производится на кремниевых пластинах с использованием обычных наборов инструментов для обработки кремния . Процессы SiGe достигают стоимости, аналогичной стоимости производства кремниевых КМОП, и ниже, чем у других технологий гетероперехода, таких как арсенид галлия . В последнее время , германийорганические предшественники (например , isobutylgermane , alkylgermanium трихлориды и dimethylaminogermanium трихлорид) были исследованы в качестве менее опасных жидких альтернатив германа для ПФЭМОС осаждения Ge-содержащих пленок , таких как высокочистого Ge, SiGe, и деформированном кремнии .

Услуги литейного производства SiGe предлагают несколько компаний, занимающихся производством полупроводников. AMD раскрыла совместную разработку с IBM технологии напряженного кремния SiGe, ориентированную на 65-нм техпроцесс. TSMC также продает производственные мощности SiGe.

В июле 2015 года IBM объявила, что она создала рабочие образцы транзисторов с использованием 7-нм кремний-германиевого процесса, пообещав четырехкратное увеличение количества транзисторов по сравнению с современным процессом.

SiGe транзисторы

SiGe позволяет интегрировать КМОП-логику с биполярными транзисторами с гетеропереходом , что делает его пригодным для схем со смешанными сигналами. Биполярные транзисторы с гетеропереходом имеют более высокий коэффициент усиления в прямом направлении и более низкий коэффициент усиления в обратном направлении, чем традиционные биполярные транзисторы с гомопереходом . Это приводит к лучшим характеристикам при работе с низкими токами и высокими частотами. Являясь технологией гетероперехода с регулируемой шириной запрещенной зоны , SiGe предлагает возможность более гибкой настройки ширины запрещенной зоны по сравнению с кремниевой технологией.

Кремний-германий на изоляторе (SGOI) - это технология, аналогичная технологии кремния на изоляторе (SOI), которая в настоящее время используется в компьютерных микросхемах. SGOI увеличивает скорость транзисторов внутри микрочипов, напрягая кристаллическую решетку под затвором МОП-транзистора , что приводит к улучшенной подвижности электронов и более высоким токам возбуждения. SiGe-МОП-транзисторы также могут обеспечить меньшую утечку на переходах из-за более низкой ширины запрещенной зоны SiGe. Однако основной проблемой полевых МОП-транзисторов SGOI является невозможность образования стабильных оксидов кремний-германий с использованием стандартной обработки окислением кремния.

Термоэлектрическое применение

Кремний-германий термоэлектрического устройства MHW-RTG3 был использован в Voyager 1 и 2 космических аппаратов. Кремний-германиевые термоэлектрические устройства также использовались в других MHW-RTG и GPHS-RTG на борту Cassini , Galileo , Ulysses .

Световое излучение

Контролируя состав гексагонального сплава SiGe, исследователи из Технологического университета Эйндховена разработали материал, который может излучать свет. В сочетании с его электронными свойствами это открывает возможность создания лазера, интегрированного в один чип, чтобы обеспечить передачу данных с использованием света вместо электрического тока, ускоряя передачу данных при одновременном снижении энергопотребления и потребности в системах охлаждения. Международная команда, в состав которой вошли ведущие авторы Эльхам Фадали, Ален Дейкстра и Эрик Баккерс из Технологического университета Эйндховена в Нидерландах и Йенс Рене Сукерт из Университета Фридриха Шиллера в Йене в Германии, были удостоены награды «Прорыв года 2020» от журнала Physics. Мир .

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Раминдерпал Сингх; Модест М. Опрыско; Дэвид Хараме (2004). Кремний-германий: технологии, моделирование и дизайн . IEEE Press / John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-66091-0.
  • Джон Д. Кресслер (2007). Схемы и приложения с использованием кремниевых гетероструктур . CRC Press. ISBN 978-1-4200-6695-1.

внешние ссылки