Qu'est-ce que le silicium germanium (SiGe)?

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J'ai entendu dire que les puces SiGe peuvent être plus rapides que les puces de silicium ordinaires.

Qu'est-ce que le SiGe et pourquoi est-il plus rapide que le silicium ordinaire?

semiconductors 
— Le photon
source
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Je sais que ces informations sont disponibles sur Wikipédia. Je pose la question pour aider à faire d'EE.SE un site de référence complet à part entière.
— The Photon
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Les questions sur les semences sont relativement courantes, tant que quelqu'un ne le fait que de manière irrégulière, je le considère bien, si vous n'êtes pas d'accord, veuillez publier sur meta.
— Kortuk
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@GustavoLitovsky, Le but est de construire EE.SE en tant que site de référence pour que les gens apprennent l'électronique. Je répondrai après un jour ou deux si j'ai quelque chose à ajouter après avoir vu d'autres réponses. Mais d'abord, je donnerai aux autres une chance de gagner des +1.
— The Photon
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Je pense que la question nécessite beaucoup d'élaboration: que voulez-vous dire par «puces plus rapides» et «plus rapide que le silicium ordinaire», quelle topologie demandez-vous et quel degré de détails attendez-vous à voir. Sinon, c'est beaucoup trop large car il y a des tonnes d'articles académiques sur SiGe et il n'est pas pratique de publier toutes ces informations comme réponse.
— Vasiliy
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La question est intentionnellement écrite d'un point de vue quelque peu naïf. Une bonne réponse donnera un large aperçu. Un examen détaillé peut être laissé pour des questions plus spécifiques qui pourraient être posées à l'avenir.
— The Photon

Réponses:

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SiGe est un alliage semi-conducteur, c'est-à-dire un mélange de deux éléments, le silicium et le germanium. Depuis 2000 environ, SiGe est devenu largement utilisé pour améliorer les performances des circuits intégrés de différents types. SiGe peut être traité sur un équipement presque identique à celui utilisé pour le silicium ordinaire. SiGe ne présente pas certains des inconvénients des semi-conducteurs composés III-V comme l'arséniure de gallium (GaAs), par exemple, il ne manque pas d'oxyde natif (important pour la formation de structures MOS) et ne souffre pas de la fragilité mécanique qui limite la taille de plaquette de GaAs. Il en résulte des coûts qui ne sont qu'un petit multiple du silicium ordinaire, et donc beaucoup plus bas que les technologies concurrentes comme le GaAs.

SiGe permet deux améliorations principales par rapport au silicium ordinaire:

Tout d'abord, l'ajout de germanium augmente la constante de réseau de l'alliage. Si une couche de Si croît au-dessus de SiGe, il y aura une déformation mécanique induite par le décalage constant du réseau. La couche contrainte aura une mobilité de support plus élevée que le Si non contraint . Cela peut être utilisé, par exemple, pour équilibrer les performances des transistors PMOS et NMOS, réduisant ainsi la surface nécessaire pour un circuit CMOS donné.

Deuxièmement, l'alliage SiGe peut être utilisé sélectivement dans la région de base d'un BJT pour former un transistor bipolaire à hétérojonction (HBT). Les SiGe HBT ont été démontrés avec des vitesses (f T ) à 500 GHz et sont disponibles dans le commerce avec f T jusqu'à 240 GHz . Le SiGe HBT est également moins bruyant qu'un BJT au silicium standard.

— Le photon
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En plus de la réponse de The Photon (qui concerne l'intégration de petites portions de SiGe dans des circuits intégrés de Si autrement canoniques), il existe également des avantages potentiels à contaminer le Si avec des atomes de Ge lors de la fabrication des lingots.

Il existe des rapports selon lesquels la structure en SiGe est plus résistante mécaniquement et est moins sujette à divers défauts introduits dans le cadre du processus de fabrication.

La réduction des défauts de fabrication obtenue avec la contamination par Ge est bénéfique non seulement pour le VLSI, mais aussi pour le photovoltaïque .

La technique ci-dessus n'est pas encore utilisée, mais les résultats des recherches en cours suggèrent qu'il ne faudra pas longtemps pour qu'elle devienne un vecteur majeur dans l'industrie des semi-conducteurs.

Pour être complet et impartial, nous ne devons pas oublier également les inconvénients de cette technologie:

  • Coût plus élevé associé à plus d'étapes de traitement
  • Difficultés de croissance d'un oxyde sur SiGe
  • Ge a une conductivité thermique inférieure à Si
  • Bien plus encore
— Vasiliy
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