Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
SiGe (/sɪ/ɡ/iː/ немесе /sɪ/aɪ/dʒ/iː/), немесе кремний-германий – кремний мен германийдің кез келген молярлық қатынасындағы қорытпа, яғни Si1−xGex молекулалық формуласына ие. Ол көбінесе интегралдық схемаларда (IC) гетерожүйек биполярлық транзисторлар үшін жартылай өткізгіш материал ретінде немесе CMOS транзисторлары үшін кернеу тудыратын қабат ретінде қолданылады. IBM бұл технологияны 1989 жылы кең көлемді өндіріске енгізді. Бұл салыстырмалы түрде жаңа технология аралас сигналдық және аналогтық схемаларды жобалау мен өндіруде мүмкіндіктер ұсынады. SiGe сондай-ақ жоғары температурада (>700 K) қолдану үшін термоэлектрлік материал ретінде де қолданылады.
Chemical compound
SiGe ('/s//ɪ//ɡ//iː/ or '/s//aɪ//dʒ//iː/), or silicon–germanium, is an alloy with any molar ratio of silicon and germanium, i. e. with a molecular formula of the form Si1−xGex. It is commonly used as a semiconductor material in integrated circuits (ICs) for heterojunction bipolar transistors or as a strain inducing layer for CMOS transistors. IBM introduced the technology into mainstream manufacturing in 1989. This relatively new technology offers opportunities in mixed signal circuit and analog circuit IC design and manufacture. SiGe is also used as a thermoelectric material for high temperature applications (>700 K).
Өндіріс
Кремний-германийді жартылай өткізгіш ретінде қолдануды Берни Мейерсон жақтады. Оның іске асырылуын ондаған жылдар бойы тежеген қиындық – германий атомдары кремний атомдарынан шамамен 4% үлкендеу болды. Кремний транзисторларын жасау кезінде қолданылатын әдеттегі жоғары температурада, осы үлкен атомдарды кристалдық кремнийге қосу салдарынан туындаған кернеу көптеген ақауларға әкеп соқты, бұл нәтижеде алынған материалдың қолданылуын болдырмады. Мейерсон және оның әріптестері жоғары температурада өңдеу қажеттігі туралы бұрынғы түсінік қате екенін анықтады, бұл SiGe-нің барлық мақсаттар үшін ақаулардың пайда болуын болдырмайтын жеткілікті төмен температурада өсуіне мүмкіндік берді. Осы негізгі кедергіні шешкеннен кейін, алынған SiGe материалдарын дәстүрлі, төмен құнды кремний өңдеу құралдарын пайдалану арқылы жоғары өнімділіктегі электроникаға шығаруға болатыны көрсетілді. Сонымен қатар, алынған транзисторлардың өнімділігі дәстүрлі кремний құрылғыларының мүмкіндіктерінен асып, WiFi сияқты төмен құнды коммерциялық сымсыз технологиялардың жаңа буынының пайда болуына жағдай жасады. SiGe процестері кремний CMOS өндірісімен салыстырылатын құнға ие және галлий арсениді сияқты басқа гетероқосқыштарға қарағанда арзан. Жақында органогерманий прекурсорлары (мысалы, изобутилгерман, алкилгерманий трихлоридтері және диметиламиногерманий трихлоридтері) жоғары тазалықтағы Ge, SiGe және кернеулі кремний сияқты Ge қосылған қабаттарды MOVPE әдісімен жаулау үшін германға қарағанда қауіпсіз сұйық балама ретінде зерттелді. Бірнеше жартылай өткізгіш технология компаниялары SiGe құю қызметтерін ұсынады. AMD, 65 нм процесіне бағытталған SiGe кернеулі кремний технологиясын IBM-мен бірлесіп әзірлегенін жариялады. TSMC сондай-ақ SiGe өндірістік қуаттарын сатады. 2015 жылдың шілдесінде IBM 7 нм кремний-германий процесін пайдаланып, транзисторлардың жұмыс істейтін үлгілерін жасағанын хабарлады, бұл қазіргі процеске қарағанда транзисторлардың санын төрт есеге арттыруға мүмкіндік береді.
The use of silicon–germanium as a semiconductor was championed by Bernie Meyerson. The challenge that had delayed its realization for decades was that germanium atoms are roughly 4% larger than silicon atoms. At the usual high temperatures at which silicon transistors were fabricated, the strain induced by adding these larger atoms into crystalline silicon produced vast numbers of defects, precluding the resulting material being of any use. Meyerson and co workers discovered that the then believed requirement for high temperature processing was flawed, allowing SiGe growth at sufficiently low temperatures such that for all practical purposes no defects were formed. Once having resolved that basic roadblock, it was shown that resultant SiGe materials could be manufactured into high performance electronics using conventional low cost silicon processing toolsets. More relevant, the performance of resulting transistors far exceeded what was then thought to be the limit of traditionally manufactured silicon devices, enabling a new generation of low cost commercial wireless technologies such as WiFi. SiGe processes achieve costs similar to those of silicon CMOS manufacturing and are lower than those of other heterojunction technologies such as gallium arsenide. Recently, organogermanium precursors (e. g. isobutylgermane, alkylgermanium trichlorides, and dimethylaminogermanium trichloride) have been examined as less hazardous liquid alternatives to germane for MOVPE deposition of Ge containing films such as high purity Ge, SiGe, and strained silicon. SiGe foundry services are offered by several semiconductor technology companies. AMD disclosed a joint development with IBM for a SiGe stressed silicon technology, targeting the 65 nm process. TSMC also sells SiGe manufacturing capacity. In July 2015, IBM announced that it had created working samples of transistors using a 7 nm silicon–germanium process, promising a quadrupling in the amount of transistors compared to a contemporary process.
SiGe транзисторлары
SiGe CMOS логикасын гетеросуретті биполярлы транзисторлармен интеграциялауға мүмкіндік береді, бұл оны аралас сигналды интегралдық схемалар үшін қолайлы етеді. Гетеросуретті биполярлы транзисторлар дәстүрлі гомосуретті биполярлы транзисторларға қарағанда жоғары тікелей күшейтуге және төмен кері күшейтуге ие. Бұл төмен ток және жоғары жиілікте жақсы өнімділікке әкеледі. Гетеросуретті технология болып табылатын SiGe, кремний ғана технологиясына қарағанда жолақтық реттеуде көбірек икемділік мүмкіндігін ұсынады. Кремний-германий оқшаулағышта (SGOI) – қазіргі компьютерлік чиптерде қолданылатын оқшаулағыштағы кремний (SOI) технологиясына ұқсас технология. SGOI микрочиптердегі транзисторлардың жылдамдығын MOS транзистор қақпасы астындағы кристалл торды кернеу арқылы арттырады, нәтижесінде электронды жылдамдық жақсарып, жоғары ток күші пайда болады. SiGe MOSFET-тері SiGe-нің төмен жолақтық мәніне байланысты төменгі торап ағымын қамтамасыз ете алады. Дегенмен, SGOI MOSFET-терімен байланысты маңызды мәселе – стандартты кремний тотықтандыру процесін пайдаланып кремний-германиймен тұрақты оксидтер жасау мүмкін болмауы.
SiGe allows CMOS logic to be integrated with heterojunction bipolar transistors, making it suitable for mixed signal integrated circuits. Heterojunction bipolar transistors have higher forward gain and lower reverse gain than traditional homojunction bipolar transistors. This translates into better low current and high frequency performance. Being a heterojunction technology with an adjustable band gap, the SiGe offers the opportunity for more flexible bandgap tuning than silicon only technology. Silicon–germanium on insulator (SGOI) is a technology analogous to the silicon on insulator (SOI) technology currently employed in computer chips. SGOI increases the speed of the transistors inside microchips by straining the crystal lattice under the MOS transistor gate, resulting in improved electron mobility and higher drive currents. SiGe MOSFETs can also provide lower junction leakage due to the lower bandgap value of SiGe. However, a major issue with SGOI MOSFETs is the inability to form stable oxides with silicon–germanium using standard silicon oxidation processing.
Термоэлектрлік қолдану
Кремний-германий термоэлектрлік құрылғысы MHW RTG3, Voyager 1 және 2 ғарыш кемелерінде қолданылды. Кремний-германий термоэлектрлік құрылғылары сондай-ақ Кассини, Галилео, Улисс ғарыш кемелеріндегі басқа MHW RTG және GPHS RTG генераторларында да пайдаланылды.
A silicon–germanium thermoelectric device MHW RTG3 was used in the Voyager 1 and 2 spacecraft. Silicon–germanium thermoelectric devices were also used in other MHW RTGs and GPHS RTGs aboard Cassini, Galileo, Ulysses.
Жарық шығару
Эйндховен технология университетінің зерттеушілері алтыбұрышты SiGe қорытпасының құрамын бақылау арқылы жарық шығаратын материал жасады. Бұл, оның электрондық қасиеттерімен қоса, деректерді электр тогының орнына жарық арқылы жіберуге мүмкіндік беретін, бір чипке енгізілген лазер жасау жолын ашады, деректерді беру жылдамдығын арттырып, энергия тұтынуды және салқындату жүйелеріне қажеттілікті азайтады. Халықаралық команданың жетекші авторлары – Эльхам Фадали, Ален Дикстра және Эрик Баккерс (Эйндховен технология университеті, Нидерланды) және Йенс Рене Сукерт (Фридрих Шиллер университеті, Йена, Германия) Physics World журналының 2020 жылғы «Жылдың жаңалығы» сыйлығына ие болды.
By controlling the composition of a hexagonal SiGe alloy, researchers from Eindhoven University of Technology developed a material that can emit light. In combination with its electronic properties, this opens up the possibility of producing a laser integrated into a single chip to enable data transfer using light instead of electric current, speeding up data transfer while reducing energy consumption and need for cooling systems. The international team, with lead authors Elham Fadaly, Alain Dijkstra and Erik Bakkers at Eindhoven University of Technology in the Netherlands and Jens Renè Suckert at Friedrich Schiller Universität Jena in Germany, were awarded the 2020 Breakthrough of the Year award by the magazine Physics World.