Was ist Siliziumgermanium (SiGe)?

Ich habe gehört, dass SiGe-Chips schneller sein können als gewöhnliche Silizium-Chips.

Was ist SiGe und warum ist es schneller als gewöhnliches Silizium?

SiGe ist eine Halbleiterlegierung, dh eine Mischung aus zwei Elementen, Silizium und Germanium. Seit etwa 2000 wird SiGe in großem Umfang eingesetzt, um die Leistung von ICs verschiedener Typen zu verbessern. SiGe kann auf Geräten verarbeitet werden, die fast den für normales Silizium verwendeten entsprechen. SiGe weist einige der Nachteile von III-V-Verbindungshalbleitern wie Galliumarsenid (GaAs) nicht auf, zum Beispiel fehlt es nicht an einem nativen Oxid (wichtig für die Bildung von MOS-Strukturen) und es leidet nicht an einer mechanischen Zerbrechlichkeit, die das begrenzt Wafergröße von GaAs. Dies führt zu Kosten, die nur ein kleines Vielfaches von gewöhnlichem Silizium sind und so viel niedriger als bei konkurrierenden Technologien wie GaAs.

SiGe ermöglicht zwei wesentliche Verbesserungen gegenüber gewöhnlichem Silizium:

Erstens erhöht die Zugabe von Germanium die Gitterkonstante der Legierung. Wenn eine Si-Schicht auf SiGe aufgewachsen wird, kommt es zu einer mechanischen Beanspruchung, die durch die Fehlanpassung der Gitterkonstanten hervorgerufen wird. Die verspannte Schicht hat eine höhere Ladungsträgerbeweglichkeit als ungespanntes Si. Dies kann zum Beispiel verwendet werden, um die Leistung von PMOS- und NMOS-Transistoren auszugleichen, wodurch die für eine gegebene CMOS-Schaltung benötigte Fläche verringert wird.

Zweitens kann die SiGe-Legierung selektiv im Basisbereich eines BJT verwendet werden, um einen Bipolartransistor mit Heteroübergang (HBT) zu bilden. SiGe-HBTs wurden mit Geschwindigkeiten (f _T ) bis 500 GHz demonstriert und sind im Handel mit f _T bis 240 GHz erhältlich . Der SiGe HBT hat auch ein geringeres Rauschen als ein Standard-Silizium-BJT.

Zusätzlich zu der Antwort von The Photon (die das Einbetten kleiner Teile von SiGe in ansonsten kanonische Si-ICs betrifft) gibt es auch potenzielle Vorteile bei der Kontaminierung von Si mit Ge-Atomen während der Herstellung von Ingots.

Es gibt Berichte, dass die SiGe-Struktur mechanisch stärker und weniger anfällig für verschiedene Defekte ist, die im Rahmen des Herstellungsprozesses auftreten.

Die Reduzierung von Herstellungsfehlern, die durch Ge-Kontamination erreicht werden, ist nicht nur für VLSI, sondern auch für die Photovoltaik von Vorteil .

Die obige Technik muss noch angewendet werden, aber die Ergebnisse der laufenden Forschung legen nahe, dass es nicht lange dauern wird, bis sie zu einem wichtigen Vektor in der Halbleiterindustrie wird.

Der Vollständigkeit und Unparteilichkeit halber dürfen wir auch die Nachteile dieser Technologie nicht vergessen:

• Höhere Kosten verbunden mit mehr Verarbeitungsschritten
• Schwierigkeiten beim Züchten eines Oxids auf SiGe
• Ge hat eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Si
• Sicher viel mehr