Silicio – germanio
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SiGe ( / s ɪ ɡ i / o / s aɪ dʒ i / ), o silicio-germanio , es una aleación con cualquier molar relación de silicio y germanio , es decir, con una fórmula molecular de la forma Si 1- x Ge x . Se utiliza comúnmente como material semiconductor en circuitos integrados (CI) para transistores bipolares de heterounión o como capa inductora de tensión paraTransistores CMOS . IBM introdujo la tecnología en la fabricación convencional en 1989. [1] Esta tecnología relativamente nueva ofrece oportunidades en el diseño y fabricación de circuitos integrados de circuitos de señal mixta y analógicos . SiGe también se utiliza como material termoeléctrico para aplicaciones de alta temperatura (> 700 K).

Producción

Bernie Meyerson defendió el uso de silicio-germanio como semiconductor. [2] SiGe se fabrica en obleas de silicio utilizando conjuntos de herramientas de procesamiento de silicio convencionales . Los procesos SiGe logran costos similares a los de la fabricación de CMOS de silicio y son más bajos que los de otras tecnologías de heterounión como el arseniuro de galio . Recientemente, los precursores de organogermanio (por ejemplo , isobutilgermanio , tricloruros de alquilgermanio y tricloruro de dimetilaminogermanio) se han examinado como alternativas líquidas menos peligrosas que el germane para la deposición de MOVPE de películas que contienen Ge, como Ge, SiGe y silicio deformado de alta pureza . [3] [4]

Los servicios de fundición de SiGe son ofrecidos por varias empresas de tecnología de semiconductores. AMD reveló un desarrollo conjunto con IBM para una tecnología de silicio estresado SiGe, [5] dirigido al proceso de 65 nm. TSMC también vende capacidad de fabricación de SiGe.

En julio de 2015, IBM anunció que había creado muestras funcionales de transistores utilizando un proceso de silicio-germanio de 7 nm , prometiendo cuadriplicar la cantidad de transistores en comparación con un proceso contemporáneo. [6]

Transistores SiGe

SiGe permite que la lógica CMOS se integre con transistores bipolares de heterounión , lo que lo hace adecuado para circuitos de señal mixta. [7] Los transistores bipolares de heterounión tienen una ganancia de avance más alta y una ganancia de retroceso más baja que los transistores bipolares de homounión tradicionales . Esto se traduce en un mejor rendimiento de baja corriente y alta frecuencia. Al ser una tecnología de heterounión con un intervalo de banda ajustable , el SiGe ofrece la oportunidad de una sintonización de intervalo de banda más flexible que la tecnología de solo silicio.

El silicio-germanio sobre aislante (SGOI) es una tecnología análoga a la tecnología de silicio sobre aislante (SOI) que se emplea actualmente en chips de computadora. SGOI aumenta la velocidad de los transistores dentro de los microchips al forzar la red cristalina debajo de la puerta del transistor MOS , lo que resulta en una movilidad de electrones mejorada y corrientes de excitación más altas. Los MOSFET de SiGe también pueden proporcionar una menor fuga en la unión debido al menor valor de banda prohibida de SiGe. [ cita requerida ] Sin embargo, un problema importante con los MOSFET SGOI es la incapacidad de formar óxidos estables con silicio-germanio utilizando el procesamiento estándar de oxidación del silicio.

Aplicación termoeléctrica

En las naves espaciales Voyager 1 y 2 se utilizó un dispositivo termoeléctrico de silicio-germanio MHW-RTG3 . [8] Los dispositivos termoeléctricos de silicio-germanio también se utilizaron en otros MHW-RTG y GPHS-RTG a bordo de Cassini , Galileo , Ulysses . [9]

Emisión de luz

Al controlar la composición de una aleación de SiGe hexagonal, los investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven desarrollaron un material que puede emitir luz. [10] En combinación con sus propiedades electrónicas, esto abre la posibilidad de producir un láser integrado en un solo chip para permitir la transferencia de datos usando luz en lugar de corriente eléctrica, acelerando la transferencia de datos y reduciendo el consumo de energía y la necesidad de sistemas de enfriamiento. El equipo internacional, con los autores principales Elham Fadaly, Alain Dijkstra y Erik Bakkers de la Universidad Tecnológica de Eindhoven en los Países Bajos y Jens Renè Suckert de la Friedrich-Schiller-Universität Jena en Alemania, recibió el premio Avance del año 2020 de la revista Physics. Mundo . [11]

Ver también

  • Dieléctrico de baja κ
  • Silicona en aislante
  • Estaño de silicio
  • Aplicación de termoeléctricas de silicio-germanio en la exploración espacial

Referencias

  1. ^ Ouellette, Jennifer (junio / julio de 2002). "Silicio-germanio da a los semiconductores la ventaja" . Archivado el 17 de mayo de 2008 en Wayback Machine , The Industrial Physicist .
  2. ^ Meyerson, Bernard S. (marzo de 1994). "Electrónica de silicio-germanio de alta velocidad". Scientific American . 270 (3): 62–67. Código Bibliográfico : 1994SciAm.270c..62M . doi : 10.1038 / scientificamerican0394-62 .
  3. ^ Woelk, Egbert; Shenai-Khatkhate, Deodatta V .; DiCarlo, Ronald L .; Amamchyan, Artashes; Poder, Michael B .; Lamare, Bruno; Beaudoin, Grégoire; Sagnes, Isabelle (enero de 2006). "Diseño de nuevos precursores OMVPE de organogermanio para películas de germanio de alta pureza". Diario de crecimiento cristalino . 287 (2): 684–687. Código Bibliográfico : 2006JCrGr.287..684W . doi : 10.1016 / j.jcrysgro.2005.10.094 .
  4. ^ Shenai, Deo V .; DiCarlo, Ronald L .; Poder, Michael B .; Amamchyan, Artashes; Goyette, Randall J .; Woelk, Egbert (enero de 2007). "Precursores líquidos alternativos más seguros de germanio para capas de SiGe graduadas relajadas y silicio deformado por MOVPE". Diario de crecimiento cristalino . 298 : 172-175. Código Bibliográfico : 2007JCrGr.298..172S . doi : 10.1016 / j.jcrysgro.2006.10.194 .
  5. ^ AMD e IBM presentan nuevas tecnologías de proceso de 65 nm de mayor rendimiento y eficiencia energética en la reunión de las principales empresas de I + D de la industria , consultado el 16 de marzo de 2007.
  6. ^ Markoff, John (9 de julio de 2015). "IBM revela la versión funcional de un chip de mayor capacidad" . The New York Times .
  7. ^ Cressler, JD; Niu, G. (2003). Transistores bipolares heterounión silicio-germanio . Casa Artech. pag. 13.
  8. ^ "Cronología de la historia termoeléctrica" . Energía del alfabeto . Archivado desde el original el 17 de agosto de 2019.
  9. ^ GL Bennett, JJ Lombardo, RJ Hemler, G. Silverman, CW Whitmore, WR Amos, EW Johnson, A. Schock, RW Zocher, TK Keenan, JC Hagan, RW Englehart (26-29 de junio de 2006). Misión de Daring: Generador termoeléctrico de radioisótopos con fuente de calor de uso general (PDF) . IV Conferencia y Exhibición Internacional de Ingeniería de Conversión de Energía (IECEC). San Diego, California. Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
  10. ^ Fadaly, Elham MT; Dijkstra, Alain; Suckert, Jens Renè; Ziss, Dorian; van Tilburg, Marvin AJ; Mao, Chenyang; Ren, Yizhen; van Lange, Victor T .; Korzun, Ksenia; Kölling, Sebastián; Verheijen, Marcel A .; Busse, David; Rödl, Claudia; Furthmüller, Jürgen; Bechstedt, Friedhelm; Stangl, Julian; Finley, Jonathan J .; Botti, Silvana; Haverkort, Jos EM; Bakkers, Erik PAM (abril de 2020). "Emisión de banda prohibida directa de aleaciones hexagonales de Ge y SiGe". Naturaleza . 580 (7802): 205–209. arXiv : 1911.00726 . Código Bib : 2020Natur.580..205F . doi : 10.1038 / s41586-020-2150-y . PMID 32269353 . S2CID  207870211 .
  11. ^ Hamish Johnston (10 de diciembre de 2020). " Physics World anuncia a sus finalistas Breakthrough of the Year para 2020" . Mundo de la física .

Otras lecturas

  • Raminderpal Singh; Modest M. Oprysko; David Harame (2004). Germanio de silicio: tecnología, modelado y diseño . Prensa IEEE / John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-66091-0.
  • John D. Cressler (2007). Circuitos y aplicaciones que utilizan dispositivos de heteroestructura de silicio . Prensa CRC. ISBN 978-1-4200-6695-1.

enlaces externos

  • Precursores de Ge para Si deformado y semiconductores compuestos ; Semiconductor International , 1 de abril de 2006.
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