Что такое кремний-германий (SiGe)?

Я слышал, что чипы SiGe могут быть быстрее, чем обычные кремниевые чипы.

Что такое SiGe и почему он быстрее обычного кремния?

semiconductors

Я знаю, что эта информация доступна в Википедии. Я задаю вопрос, чтобы помочь сделать EE.SE самостоятельным справочным сайтом.

— Фотон

Вопросы о семенах относительно распространены, пока кто-то делает это нерегулярно, я считаю, что это нормально, если вы не согласны, пожалуйста, напишите на мета.

— Кортук

@GustavoLitovsky, Дело в том, чтобы создать EE.SE в качестве справочного сайта для людей, чтобы узнать об электронике. Я отвечу через день или два, если у меня будет что добавить после просмотра других ответов. Но сначала я дам другим шанс заработать +1.

— Фотон

Я думаю, что вопрос требует большой проработки: что вы подразумеваете под «более быстрыми чипами» и «быстрее, чем обычный кремний», о какой топологии вы спрашиваете и какую степень детализации вы ожидаете увидеть. В противном случае он слишком широк, потому что на SiGe есть тонны научных работ, и публиковать всю эту информацию в качестве ответа нецелесообразно.

— Василий

Вопрос намеренно написан с несколько наивной точки зрения. Хороший ответ даст широкий обзор. Детализация в деталях может быть оставлена для более конкретных вопросов, которые могут быть заданы в будущем.

— Фотон

Ответы:

SiGe представляет собой полупроводниковый сплав, означающий смесь двух элементов, кремния и германия. С 2000 года или около того SiGe широко используется для повышения производительности ИС различных типов. SiGe можно обрабатывать на оборудовании почти так же, как и для обычного кремния. SiGe не имеет некоторых недостатков составных полупроводников III-V, таких как арсенид галлия (GaAs), например, он не имеет собственного оксида (важного для формирования МОП-структур) и не страдает от механической хрупкости, которая ограничивает размер пластины GaAs. Это приводит к затратам, которые в несколько раз меньше, чем у обычного кремния, и намного ниже, чем у конкурирующих технологий, таких как GaAs.

SiGe допускает два основных улучшения по сравнению с обычным кремнием:

Во-первых, добавление германия увеличивает постоянную решетки сплава. Если слой Si выращивают поверх SiGe, будет возникать механическая деформация, вызванная несоответствием постоянной решетки. Напряженный слой будет иметь более высокую подвижность носителей , чем недеформированный Si. Это можно использовать, например, для балансировки производительности транзисторов PMOS и NMOS, уменьшая площадь, необходимую для данной схемы КМОП.

Во-вторых, сплав SiGe может использоваться выборочно в базовой области BJT для формирования гетеропереходного биполярного транзистора (HBT). SiGe HBT были продемонстрированы на частотах (f _T ) до 500 ГГц и коммерчески доступны с f _T до 240 ГГц . SiGe HBT также имеет более низкий уровень шума, чем стандартный кремниевый BJT.

— Фотон
источник

В дополнение к ответу «Фотона» (касающемуся встраивания небольших порций SiGe в иные канонические Si-ИС), существуют также потенциальные преимущества в загрязнении Si атомами Ge во время изготовления слитков.

Имеются сообщения о том, что структура SiGe является более механически прочной и менее подвержена различным дефектам, возникающим в процессе производства.

Сокращение производственных дефектов, достигаемое за счет загрязнения Ge, выгодно не только для СБИС, но и для фотоэлектрических систем .

Вышеупомянутая техника еще не используется, но результаты текущих исследований показывают, что это не займет много времени, чтобы стать основным вектором в полупроводниковой промышленности.

Для полноты и беспристрастности нельзя забывать и о недостатках этой технологии:

Более высокая стоимость связана с большим количеством этапов обработки
Трудности в выращивании оксида на SiGe
Ge имеет более низкую теплопроводность, чем Si
Конечно, намного больше

— Василий
источник