シリコンゲルマニウム（SiGe）とは何ですか？

SiGeチップは通常のシリコンチップよりも高速であると聞きました。

SiGeとは何ですか、なぜ通常のシリコンよりも高速なのですか？

semiconductors

— フォトン
ソース

この情報はウィキペディアで入手できます。EE.SEをそれ自体が包括的なリファレンスサイトにするための質問をしています。

— ザフォトン

シードの質問は比較的一般的です。誰かが不定期にそれを行う限り、私はそれがうまくいくと思います、あなたが同意しないならば、メタに投稿してください。

— Kortuk

@GustavoLitovsky、ポイントは、人々がエレクトロニクスについて学ぶための参照サイトとしてEE.SEを構築することです。他の回答を見た後に追加するものがある場合は、1〜2日後に回答します。しかし、最初に他の人に+1を獲得する機会を与えます。

— ザフォトン

「より高速なチップ」と「通常のシリコンよりも速い」とはどういう意味か、どのトポロジについて質問しているのか、どの程度の詳細を期待しているのか、という質問にはかなりの精緻化が必要だと思います。それ以外の場合、SiGeに関する学術論文が大量にあり、この情報をすべて回答として投稿することは実用的ではないため、あまりにも広範です。

— ヴァシリー

この質問は、やや素朴な観点から意図的に書かれています。適切な答えは、大まかな概要を示します。詳細にドリルダウンすることは、将来尋ねられる可能性のあるより具体的な質問に残すことができます。

— ザフォトン

回答:

SiGeは、シリコンとゲルマニウムの2つの元素の混合物を意味する半導体合金です。2000年以降、SiGeはさまざまなタイプのICの性能を向上させるために広く使用されるようになりました。SiGeは、通常のシリコンとほぼ同じ装置で処理できます。SiGeには、ガリウムヒ素（GaAs）などのIII-V化合物半導体の欠点がいくつかありません。たとえば、自然酸化物（MOS構造を形成するために重要）が不足しておらず、 GaAsのウェーハサイズ。これにより、通常のシリコンのほんの数倍のコストになり、GaAsのような競合技術よりもはるかに低くなります。

SiGeでは、通常のシリコンと比較して2つの主な改善が可能です。

まず、ゲルマニウムを追加すると、合金の格子定数が増加します。SiGeの上にSiの層を成長させると、格子定数の不整合により機械的歪みが生じます。歪み層は、歪みのないSiよりも高いキャリア移動度を持ちます。これは、たとえば、PMOSとNMOSトランジスタの性能のバランスを取るために使用でき、特定のCMOS回路に必要な面積を削減します。

第二に、SiGe合金をBJTのベース領域で選択的に使用して、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（HBT）を形成できます。SiGe HBTは、500 GHzまでの速度（f _T）で実証されており、240 GHzまでのf _Tで市販されています。SiGe HBTは、標準のシリコンBJTよりもノイズが低くなっています。

— フォトン
ソース

The Photonの回答（SiGeの小さな部分を他の標準的なSi ICに埋め込むことに関する）に加えて、インゴットの製造中にSiをGe原子で汚染する潜在的な利点もあります。

SiGe構造はより機械的に強く、製造プロセスの一部として導入されるさまざまな欠陥が少ないという報告があります。

Ge汚染で達成される製造欠陥の削減は、VLSIだけでなく、太陽光発電にとっても有益です。

上記の手法はまだ採用されていませんが、進行中の研究の結果は、それが半導体産業の主要なベクトルになるのに長い時間はかからないことを示唆しています。

完全性と公平性のために、この技術の欠点も忘れてはなりません。

より多くの処理ステップに関連するより高いコスト
SiGe上の酸化物の成長の難しさ
GeはSiよりも熱伝導率が低い
きっともっと

— ヴァシリー
ソース