Що таке германій кремній (SiGe)?

Я чув, що мікросхеми SiGe можуть бути швидшими, ніж звичайні кремнієві чіпи.

Що таке SiGe і чому він швидший, ніж звичайний кремній?

SiGe - це напівпровідниковий сплав, що означає суміш двох елементів, кремнію та германію. Починаючи з 2000 року або більше, SiGe широко застосовується для підвищення продуктивності ІС різних типів. SiGe можна обробляти на обладнанні, майже такому ж, як і для звичайного кремнію. SiGe не має деяких недоліків сполук напівпровідників III-V, таких як арсенід галію (GaAs), наприклад, йому не вистачає природного оксиду (важливого для формування MOS-структур) і не страждає від механічної крихкості, що обмежує обмеження розмір вафель GaAs. Це призводить до витрат, які є лише невеликим кратним звичайного кремнію та набагато нижчим, ніж конкурентоспроможні технології, такі як GaAs.

SiGe дозволяє досягти двох основних вдосконалень порівняно зі звичайним кремнієм:

По-перше, додавання германію збільшує константу решітки сплаву. Якщо поверх SiGe вирощується шар Si, виникне механічне напруження, викликане постійною невідповідністю решітки. Напружений шар буде мати більш високу рухливість носіїв , ніж недеформівний Si. Це можна використовувати, наприклад, для збалансування продуктивності транзисторів PMOS і NMOS, зменшуючи площу, необхідну для даної схеми CMOS.

По-друге, сплав SiGe можна вибірково використовувати в базовій області BJT для формування гетероперехідного біполярного транзистора (HBT). SiGe HBT були продемонстровані зі швидкістю (f _T ) до 500 ГГц і комерційно доступні з f _T до 240 ГГц . SiGe HBT також має нижчий рівень шуму, ніж у стандартного кремнію BJT.

На додаток до відповіді The Photon (що стосується вбудовування невеликих порцій SiGe в інакше канонічні Si IC), існують також потенційні переваги в забрудненні Si атомами Ge під час виготовлення злитків.

Існують повідомлення про те, що структура SiGe більш механічно міцна і менш схильна до різних дефектів, що вводяться в рамках виробничого процесу.

Скорочення дефектів виготовлення, що досягаються при забрудненні Ge, сприятливо не тільки для VLSI, але і для фотоелектрики .

Вищеописана методика ще не застосовується, але результати постійних досліджень свідчать, що не знадобиться багато часу, щоб вона стала головним вектором в напівпровідниковій промисловості.

Для повноти та неупередженості ми не повинні забувати і про недоліки цієї технології:

• Більш висока вартість, пов'язана з більшістю кроків обробки
• Труднощі вирощування оксиду на SiGe
• Ge має нижчу теплопровідність, ніж Si
• Звичайно набагато більше