什么是硅锗 (SiGe)?

电器工程 半导体
2022-01-17 10:04:19

我听说 SiGe 芯片可以比普通的硅芯片更快。

什么是 SiGe,为什么它比普通硅更快?

2个回答

SiGe是一种半导体合金,意思是硅和锗两种元素的混合物。自 2000 年左右以来,SiGe 已被广泛用于增强各种类型 IC 的性能。SiGe 可以在与普通硅几乎相同的设备上进行加工。SiGe 没有像砷化镓 (GaAs) 这样的 III-V 族化合物半导体的一些缺点,例如它不缺乏天然氧化物(对于形成 MOS 结构很重要),并且不会受到限制GaAs 的晶圆尺寸。这导致成本仅为普通硅的一小部分,远低于 GaAs 等竞争技术。

与普通硅相比,SiGe 有两个主要改进:

首先,添加锗增加了合金的晶格常数如果在 SiGe 上生长一层 Si,则晶格常数失配会引起机械应变。应变层具有比未应变Si更高的载流子迁移率。例如,这可以用来平衡 PMOS 和 NMOS 晶体管的性能,减少给定 CMOS 电路所需的面积。

其次,SiGe合金可以选择性地用于BJT的基区以形成异质结双极晶体管(HBT)。SiGe HBT 已被证明具有高达500 GHz的速度 (f T ) ,并且可在市场上买到 f T高达240 GHz的产品。SiGe HBT 还具有比标准硅 BJT 更低的噪声。

除了 The Photon 的答案(涉及将小部分 SiGe 嵌入到其他规范的 Si IC 中)之外,在铸锭制造过程中用 Ge 原子污染 Si 也有潜在的好处。

有报道称,SiGe 结构的机械强度更高,并且不易出现制造过程中引入的各种缺陷。

通过 Ge 污染实现的制造缺陷减少不仅有利于 VLSI,也有利于光伏

上述技术尚未被采用,但正在进行的研究结果表明,它很快就会成为半导体行业的主要载体。

为了完整性和公正性,我们也不能忘记这项技术的缺点:

  • 与更多处理步骤相关的更高成本
  • 在 SiGe 上生长氧化物的困难
  • Ge的热导率低于Si
  • 肯定更多