Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с SiGe )
Перейти к навигации Перейти к поиску

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 как вызывающий деформацию слой дляКМОП- транзисторы. IBM представила эту технологию в массовом производстве в 1989 году. [1] 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 [ править ]

Берни Мейерсон отстаивал идею использования кремний-германий в качестве полупроводника. [2] SiGe производится на кремниевых пластинах с использованием обычных наборов инструментов для обработки кремния . Процессы SiGe достигают тех же затрат, что и производство 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 . [3] [4]

Услуги литейного производства SiGe предлагают несколько компаний, занимающихся производством полупроводников. AMD раскрыла совместную разработку с IBM технологии напряженного кремния SiGe [5], 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. [6]

SiGe транзисторы [ править ]

SiGe позволяет интегрировать КМОП-логику с биполярными транзисторами с гетеропереходом , что делает его пригодным для схем со смешанными сигналами. [7] Биполярные транзисторы с гетеропереходом имеют более высокое прямое усиление и меньшее обратное усиление, чем традиционные биполярные транзисторы с гомопереходом . Это приводит к лучшим характеристикам низкого тока и высокой частоты. Являясь технологией гетероперехода с регулируемой шириной запрещенной зоны , SiGe предлагает возможность более гибкой настройки запрещенной зоны по сравнению с кремниевой технологией.

Кремний-германий-на-изоляторе (SGOI) - это технология, аналогичная технологии кремний- германий -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. [ необходима цитата ] Тем не менее, главная проблема с полевыми МОП-транзисторами SGOI - это неспособность образовывать стабильные оксиды с кремнием-германием с использованием стандартной обработки окислением кремния.

Термоэлектрическое применение [ править ]

Кремниево-германиевый термоэлектрический прибор MHW-RTG3 использовался в космических аппаратах « Вояджер-1» и « Вояджер-1» . [8] Кремниево-германиевые термоэлектрические устройства также использовались в других MHW-RTG и GPHS-RTG на борту Cassini, Galileo, Ulysses и Flight Units F-1 и F-4. [9]

Световое излучение [ править ]

Контролируя состав гексагонального сплава SiGe, исследователи из Технологического университета Эйндховена разработали материал, который может излучать свет. [10] В сочетании с его электронными свойствами, это открывает возможность создания лазера, интегрированного в один чип, для передачи данных с использованием света вместо электрического тока, ускорения передачи 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. [11]

См. Также [ править ]

  • Диэлектрик с низким κ
  • Кремний на изоляторе
  • Кремний-олово
  • Применение кремний-германиевых термоэлектриков в освоении космоса

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ouellette, Дженнифер (июнь / июль 2002). "Кремний-Германий дает полупроводникам преимущество". Архивировано 17мая2008 г. в Wayback Machine , The Industrial Physicist .
  2. ^ Мейерсон, Бернард С. (март 1994). «Быстродействующая кремний-германиевая электроника». Scientific American . 270 (3): 62–67. Bibcode : 1994SciAm.270c..62M . DOI : 10.1038 / Scientificamerican0394-62 .
  3. ^ Woelk, Эгберт; Шенай-Хатхате, Деодатта V .; DiCarlo, Ronald L .; Амамчян, Арташес; Власть, Майкл Б .; Ламаре, Бруно; Бодуан, Грегуар; Сань, Изабель (январь 2006 г.). «Разработка новых германиевых прекурсоров OMVPE для пленок германия высокой чистоты». Журнал роста кристаллов . 287 (2): 684–687. Bibcode : 2006JCrGr.287..684W . DOI : 10.1016 / j.jcrysgro.2005.10.094 .
  4. ^ Шенай, Део В .; DiCarlo, Ronald L .; Власть, Майкл Б .; Амамчян, Арташес; Гойетт, Рэндалл Дж .; Woelk, Эгберт (январь 2007 г.). «Более безопасные альтернативные жидкие прекурсоры германия для релаксированных градиентных слоев SiGe и напряженного кремния от MOVPE». Журнал роста кристаллов . 298 : 172–175. Bibcode : 2007JCrGr.298..172S . DOI : 10.1016 / j.jcrysgro.2006.10.194 .
  5. ^ AMD и IBM представляют новые, более производительные и энергоэффективные 65-нанометровые технологические процессы на собрании ведущих научно-исследовательских фирм, опубликованном 16 марта 2007 г.
  6. ^ Markoff, Джон (9 июля 2015). «IBM раскрывает рабочую версию чипа гораздо большей емкости» . Нью-Йорк Таймс .
  7. ^ Кресслер, JD; Ню, Г. (2003). Кремний-германиевые биполярные транзисторы с гетеропереходом . Артек Хаус. п. 13.
  8. ^ http://www.alphabetenergy.com/thermoelectrics-timeline/ [ требуется полная ссылка ]
  9. ^ https://fas.org/nuke/space/gphs.pdf [ требуется полная ссылка ]
  10. ^ Fadaly, Elham MT; Дейкстра, Ален; Suckert, Йенс Рене; Зисс, Дориан; ван Тилбург, Марвин А.Дж.; Мао, Чэньян; Рен, Ичжэнь; ван Ланге, Виктор Т .; Корзун, Ксения; Келлинг, Себастьян; Verheijen, Marcel A .; Буссе, Дэвид; Рёдль, Клаудиа; Фуртмюллер, Юрген; Бехштедт, Фридхельм; Штангл, Джулиан; Финли, Джонатан Дж .; Ботти, Сильвана; Haverkort, Jos EM; Баккерс, Эрик ПАМ (апрель 2020 г.). «Прямозонное излучение из гексагональных сплавов Ge и SiGe». Природа . 580 (7802): 205–209. arXiv : 1911.00726 . Bibcode : 2020Natur.580..205F . DOI : 10.1038 / s41586-020-2150-у . PMID 32269353 . S2CID  207870211 .
  11. ^ https://physicsworld.com/a/physics-world-announces-its-breakthrough-of-the-year-finalists-for-2020/ [ требуется полная ссылка ]

Дальнейшее чтение [ править ]

  • 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, использующие кремниевые гетероструктуры . CRC Press. ISBN 978-1-4200-6695-1.

Внешние ссылки [ править ]

  • Прекурсоры Ge для деформированного Si и сложных полупроводников ; Semiconductor International , 1 апреля 2006 г.