Apa itu germanium silikon (SiGe)?

13

Saya pernah mendengar bahwa chip SiGe bisa lebih cepat daripada chip silikon biasa.

Apa itu SiGe dan mengapa lebih cepat dari silikon biasa?

semiconductors Foton
sumber
6
Saya sadar informasi ini tersedia di Wikipedia. Saya mengajukan pertanyaan untuk membantu menjadikan EE.SE menjadi situs referensi komprehensif dengan caranya sendiri.
The Photon
1
Pertanyaan seed relatif umum, selama seseorang hanya melakukannya secara tidak teratur, saya menganggapnya baik-baik saja, jika Anda tidak setuju, silakan posting di meta.
Kortuk
1
@GustavoLitovsky, Intinya adalah untuk membangun EE.SE sebagai situs referensi bagi orang untuk belajar tentang elektronik. Saya akan menjawab setelah satu atau dua hari jika saya memiliki sesuatu untuk ditambahkan setelah melihat jawaban lain. Tapi pertama-tama saya akan memberi orang lain kesempatan untuk mendapatkan +1.
The Photon
1
Saya pikir pertanyaan itu membutuhkan banyak penjabaran: apa yang Anda maksud dengan "chip yang lebih cepat" dan "lebih cepat dari silikon biasa", topologi apa yang Anda tanyakan dan tingkat rincian seperti apa yang Anda harapkan. Kalau tidak, ini terlalu luas karena ada banyak makalah akademis tentang SiGe dan tidak praktis untuk memposting semua informasi ini sebagai jawaban.
Vasiliy
1
Pertanyaan itu sengaja ditulis dari sudut pandang yang agak naif. Jawaban yang bagus akan memberikan gambaran luas. Menelusuri ke detail dapat dibiarkan untuk pertanyaan yang lebih spesifik yang mungkin ditanyakan di masa depan.
The Photon

Jawaban:

10

SiGe adalah paduan semikonduktor, yang berarti campuran dua elemen, silikon dan germanium. Sejak 2000 atau lebih, SiGe telah menjadi banyak digunakan untuk meningkatkan kinerja IC dari berbagai jenis. SiGe dapat diproses pada peralatan yang hampir sama dengan yang digunakan untuk silikon biasa. SiGe tidak memiliki beberapa kelemahan semikonduktor senyawa III-V seperti gallium arsenide (GaAs), misalnya ia tidak kekurangan oksida asli (penting untuk membentuk struktur MOS) dan tidak menderita kerapuhan mekanis yang membatasi ukuran wafer GaAs. Ini menghasilkan biaya yang hanya merupakan kelipatan kecil dari silikon biasa, dan jauh lebih rendah daripada teknologi pesaing seperti GaA.

SiGe memungkinkan dua peningkatan utama dibandingkan dengan silikon biasa:

Pertama, menambahkan germanium meningkatkan konstanta kisi paduan. Jika lapisan Si ditanam di atas SiGe, akan ada regangan mekanis yang disebabkan oleh ketidakcocokan konstanta kisi. The lapisan tegang akan memiliki mobilitas pembawa lebih tinggi dari longgar Si. Ini dapat digunakan, misalnya, untuk menyeimbangkan kinerja transistor PMOS dan NMOS, mengurangi area yang dibutuhkan untuk rangkaian CMOS yang diberikan.

Kedua, paduan SiGe dapat digunakan secara selektif di daerah basis BJT untuk membentuk transistor bipolar heterojunction (HBT). SiGe HBT ini telah dibuktikan dengan kecepatan (f T ) untuk 500 GHz , dan tersedia secara komersial dengan f T hingga 240 GHz . SiGe HBT juga memiliki noise yang lebih rendah daripada BJT silikon standar.

Foton
sumber
2

Selain jawaban oleh The Photon (yang berkenaan dengan memasukkan sebagian kecil SiGe ke dalam IC Si kanonik), ada juga manfaat potensial dalam mengkontaminasi Si dengan atom Ge selama pembuatan ingot.

Ada laporan bahwa struktur SiGe lebih kuat secara mekanis dan kurang rentan terhadap berbagai cacat yang diperkenalkan sebagai bagian dari proses pembuatan.

Pengurangan cacat fabrikasi dicapai dengan kontaminasi Ge bermanfaat tidak hanya untuk VLSI, tetapi juga untuk Fotovoltaik .

Teknik di atas belum digunakan, tetapi hasil penelitian yang sedang berlangsung menunjukkan bahwa tidak akan lama untuk menjadi vektor utama dalam industri semikonduktor.

Untuk kelengkapan dan ketidakberpihakan kita tidak boleh lupa juga kelemahan dari teknologi ini:

  • Biaya lebih tinggi terkait dengan lebih banyak langkah pemrosesan
  • Kesulitan dalam menumbuhkan oksida pada SiGe
  • Ge memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah daripada Si
  • Tentunya lebih banyak
Vasiliy
sumber