Krzem–german - Silicon–germanium

SiGe ( / e ɪ ɡ ı / lub / a aɪ dʒ ı / ), albo krzem germanu , stanowi stop z każdym molowy stosunek krzemu i germanu , to znaczy o wzorze cząsteczkowym postaci Si 1 x Ge x . Jest powszechnie stosowany jako materiał półprzewodnikowy w układach scalonych (IC) dla heterozłączowych tranzystorów bipolarnych lub jako warstwa indukująca naprężenia dla tranzystorów CMOS . IBM wprowadził tę technologię do głównego nurtu produkcji w 1989 roku. Ta stosunkowo nowa technologia oferuje możliwości w projektowaniu i produkcji obwodów mieszanych sygnałów i obwodów analogowych . SiGe jest również używany jako materiał termoelektryczny do zastosowań wysokotemperaturowych (>700 K).

Produkcja

Za stosowaniem krzemu-germanu jako półprzewodnika opowiadał się Bernie Meyerson. SiGe jest produkowany na waflach krzemowych przy użyciu konwencjonalnych zestawów narzędzi do obróbki krzemu . Procesy SiGe osiągają koszty podobne do kosztów produkcji krzemowych CMOS i są niższe niż w przypadku innych technologii heterozłącza, takich jak arsenek galu . Ostatnio prekursory organogermanu (np. izobutylogerman , trichlorki alkilogermanu i trichlorek dimetyloaminogermanu) zostały zbadane jako mniej niebezpieczne ciekłe alternatywy dla germanu do osadzania MOVPE folii zawierających Ge, takich jak wysokiej czystości Ge, SiGe i naprężony krzem .

Usługi odlewnicze SiGe są oferowane przez kilka firm zajmujących się technologiami półprzewodnikowymi. AMD ujawniło wspólne opracowanie z IBM technologii krzemu ze stresem SiGe, ukierunkowanej na proces 65 nm. TSMC sprzedaje również moce produkcyjne SiGe.

W lipcu 2015 r. IBM ogłosił, że stworzył działające próbki tranzystorów w procesie 7 nm krzemowo-germanowym, obiecując czterokrotne zwiększenie liczby tranzystorów w porównaniu ze współczesnym procesem.

Tranzystory SiGe

SiGe umożliwia integrację logiki CMOS z heterozłączowymi tranzystorami bipolarnymi , dzięki czemu nadaje się do obwodów mieszanych sygnałów. Tranzystory bipolarne z heterozłączem mają wyższe wzmocnienie do przodu i mniejsze wzmocnienie do tyłu niż tradycyjne tranzystory bipolarne z homozłączem . Przekłada się to na lepszą wydajność niskoprądową i wysokoczęstotliwościową. Będąc technologią heterozłącza z regulowanym pasmem wzbronionym , SiGe oferuje możliwość bardziej elastycznego dostrajania pasma wzbronionego niż technologia oparta wyłącznie na krzemie.

Krzem-german na izolatorze (SGOI) to technologia analogiczna do technologii krzemu na izolatorze (SOI) stosowanej obecnie w chipach komputerowych. SGOI zwiększa prędkość tranzystorów wewnątrz mikroukładów poprzez naprężenie sieci krystalicznej pod bramką tranzystora MOS , co skutkuje lepszą ruchliwością elektronów i wyższymi prądami sterującymi. Tranzystory SiGe MOSFET mogą również zapewnić mniejszy upływ złączy ze względu na niższą wartość pasma wzbronionego SiGe. Jednak głównym problemem związanym z MOSFET-ami SGOI jest niezdolność do tworzenia stabilnych tlenków z krzemem-germanem przy użyciu standardowego procesu utleniania krzemu.

Aplikacja termoelektryczna

W statku kosmicznym Voyager 1 i 2 zastosowano krzemowo-germanowe urządzenie termoelektryczne MHW-RTG3 . Krzemowo-germanowe urządzenia termoelektryczne były również stosowane w innych MHW-RTG i GPHS-RTG na pokładzie Cassini , Galileo , Ulysses .

Emisja światła

Kontrolując skład sześciokątnego stopu SiGe, naukowcy z Politechniki w Eindhoven opracowali materiał, który może emitować światło. W połączeniu z jego właściwościami elektronicznymi otwiera to możliwość wyprodukowania lasera zintegrowanego w pojedynczym chipie, aby umożliwić przesyłanie danych za pomocą światła zamiast prądu elektrycznego, przyspieszając przesyłanie danych przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii i zapotrzebowania na systemy chłodzenia. Międzynarodowy zespół, którego głównymi autorami są Elham Fadaly, Alain Dijkstra i Erik Bakkers z Eindhoven University of Technology w Holandii oraz Jens Renè Suckert z Friedrich-Schiller-Universität Jena w Niemczech, otrzymał nagrodę Przełom Roku 2020 przyznawaną przez magazyn Physics Świat .

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

  • Raminderpal Singh; Modest M. Oprysko; David Harame (2004). German krzemowy: technologia, modelowanie i projektowanie . IEEE Press / John Wiley & Sons. Numer ISBN 978-0-471-66091-0.
  • Johna D. Cresslera (2007). Obwody i aplikacje wykorzystujące krzemowe urządzenia heterostruktury . CRC Prasa. Numer ISBN 978-1-4200-6695-1.

Linki zewnętrzne