Co to jest krzem germanu (SiGe)?

Słyszałem, że chipy SiGe mogą być szybsze niż zwykłe chipy krzemowe.

Co to jest SiGe i dlaczego jest szybszy niż zwykły krzem?

semiconductors

— The Photon
źródło

Wiem, że ta informacja jest dostępna na Wikipedii. Zadaję to pytanie, aby EE.SE stało się samodzielną obszerną witryną referencyjną.

— Photon

Pytania dotyczące nasion są stosunkowo częste, o ile ktoś robi to nieregularnie, uważam, że jest w porządku, jeśli się nie zgadzasz, pisz na meta.

— Kortuk

@GustavoLitovsky, Chodzi o to, aby zbudować EE.SE jako stronę referencyjną dla ludzi, którzy mogą dowiedzieć się o elektronice. Odpowiem po upływie dnia lub dwóch, jeśli będę miał coś do dodania po obejrzeniu innych odpowiedzi. Ale najpierw dam innym szansę na zdobycie +1.

— Photon

Sądzę, że pytanie wymaga wiele dopracowania: co rozumiesz przez „szybsze układy scalone” i „szybszy niż zwykły krzem”, o jaką topologię pytasz i jakiego stopnia szczegółów oczekujesz. W przeciwnym razie jest to zbyt szerokie, ponieważ istnieje mnóstwo prac naukowych na temat SiGe i nie jest praktyczne publikowanie wszystkich tych informacji jako odpowiedzi.

— Wasilij

Pytanie zostało celowo napisane z nieco naiwnego punktu widzenia. Dobra odpowiedź da szeroki przegląd. Szczegółowy opis można pozostawić dla bardziej szczegółowych pytań, które mogą być zadawane w przyszłości.

— Photon

Odpowiedzi:

SiGe jest stopem półprzewodnikowym, co oznacza mieszaninę dwóch pierwiastków, krzemu i germanu. Od około 2000 roku SiGe jest szeroko stosowane do poprawy wydajności układów scalonych różnych typów. SiGe można przetwarzać na sprzęcie prawie takim samym, jak w przypadku zwykłego krzemu. SiGe nie ma niektórych wad półprzewodników złożonych III-V, takich jak arsen galu (GaAs), na przykład nie ma natywnego tlenku (ważnego dla tworzenia struktur MOS) i nie ma mechanicznej kruchości, która ogranicza rozmiar płytek GaAs. Powoduje to koszty, które są tylko niewielką wielokrotnością zwykłego krzemu i są znacznie niższe niż konkurencyjne technologie, takie jak GaA.

SiGe umożliwia dwie główne ulepszenia w porównaniu do zwykłego krzemu:

Po pierwsze, dodanie germanu zwiększa stałą sieci stopu. Jeśli warstwa Si zostanie wyhodowana na SiGe, nastąpi mechaniczne naprężenie wywołane ciągłym niedopasowaniem sieci. Napięte warstwa będzie miała wyższą ruchliwości niż nieobciążonym Si. Można to wykorzystać na przykład do zrównoważenia wydajności tranzystorów PMOS i NMOS, zmniejszając obszar potrzebny dla danego obwodu CMOS.

Po drugie, stop SiGe można stosować selektywnie w obszarze podstawowym BJT, aby utworzyć heterozłącza bipolarny tranzystor (HBT). SiGe HBT zostały zademonstrowane prędkości (f _T ) do 500 GHz , i są dostępne w handlu z F _T do 240 GHz . SiGe HBT ma również niższy poziom hałasu niż standardowy krzemowy BJT.

— The Photon
źródło

Oprócz odpowiedzi The Photon (dotyczącej osadzania małych porcji SiGe w innych kanonicznych układach scalonych Si), istnieją również potencjalne korzyści z zanieczyszczenia Si atomami Ge podczas wytwarzania wlewków.

Istnieją doniesienia, że struktura SiGe jest silniejsza mechanicznie i mniej podatna na różne defekty wprowadzane w ramach procesu produkcyjnego.

Zmniejszenie wad produkcyjnych osiągnięte dzięki zanieczyszczeniu Ge jest korzystne nie tylko dla VLSI, ale także dla fotowoltaiki .

Powyższa technika nie została jeszcze zastosowana, ale wyniki trwających badań sugerują, że nie zajmie to dużo czasu, aby stała się ważnym wektorem w branży półprzewodników.

Dla kompletności i bezstronności nie możemy zapominać również o wadach tej technologii:

Wyższy koszt związany z większą liczbą etapów przetwarzania
Trudności w wyhodowaniu tlenku na SiGe
Ge ma niższą przewodność cieplną niż Si
Na pewno o wiele więcej

— Wasilij
źródło