SiGe半导体在微电子技术中的应用作用

　　微电子技术论文第四篇：SiGe半导体在微电子技术中的应用作用

　　摘要：本文对SiGe半导体的类型进行分析，主要介绍了双极型晶体管与异质结双极型晶体管两种，并对SiGe半导体的重要作用加以阐述，包括提高载流子迁移率、应变工程技术应用、应变引入方法等方面，力求使SiGe半导体在微电子技术发展中得到广泛应用。

　　关键词: SiGe半导体;微电子技术;重要作用;

　　引言：长期以来，Si始终是半导体工业中的重要材料，但其载流子迁移率、饱和漂移速度较低，且具有间接跃迁能带结构，对其应用领域进行限制。在此背景下，SiGe技术应运而生，不但可弥补Si的上述问题，还具有较强的经济性，受到广泛关注。本文将对SiGe半导体在微电子技术中的应用作用进行研究。

　　一、SiGe半导体类型

　　1.1双极型晶体管

　　此种类型的功耗较大，工作频率较高、噪声较低，适用于对噪声要求不严格的模拟电路中。但是，常规的双极晶体管很难满足超高频、超高速的要求，主要由于其自身存在诸多内在矛盾。例如，为了提高频率与速度，要求降低基极电阻与发射结势电容，这将会导致发射结注入效率降低，对频率、速度、放大性造成较大影响。另外，降低寄生电容，尤其是衬底部分，需要对管芯结构、工艺等进行改变，且对管芯尺寸进行有效控制。可见，此类晶体管速度与频率的提升，与性能增加来说具有互斥性，这将要求设计时综合考虑各项因素间的关系，使频率与速度达到某一水平即可。

　　1.2异质结双极型晶体管

　　此类晶管可有效克服常规晶管中存在的内在矛盾，将禁带宽度较大的半导体作为发射区。为了减少尖峰对电子注入产生的不良影响，此种异质发射结的注入效率较高，空穴反向注入受到空穴势垒的影响较大，而与掺杂浓度无关。对此，该晶体管可在确保高发射结注入率的情况下，使基区的掺杂浓度增加，使器件宽度得到有效控制，并以此缩短基区渡越的时间，使其具备超高速、高额、低噪声等特点，为微波使用提供更大便利[1]。

　　二、SiGe半导体在微电子技术中的应用作用

　　1、提高载流子迁移率。

　　为了提高集成电路的频率、速度性能，需要提高载流子的迁移率。从某种角度来看，迁移率的提高十分重要，因为在集成电路中信号的逻辑电压摆幅与延迟时间之间呈现反比关系，公式表达为：

　　式中，C代表的是负载门中输入电容；Vm代表的是逻辑电压摆幅；τd代表的是延迟时间。

　　从上式中可知，信号延迟时间与电压摆幅之间呈现反比例关系，但开关能量与电压摆幅具有正比例关系。由此可见，信号传输延迟时间缩短后，电压摆幅将受到不良影响。对此，为了确保电路能够稳定运行，不出现发热等异常情况，可适当降低电压摆幅。同时，为了提高电路工作效率，可适当提高迁移率，使信号传输的延时得以缩短。这时便需要将SiGe半导体引入其中，使载流子迁移率与电压摆幅能够处于平衡状态。

　　2、应变工程技术应用。

　　SiGe应变技术不但可有效提高载流子迁移率，在应用方式上较为便利，可利用应变使空穴迁移率得到显着提升，对于CMOS技术来说具有较大应用价值。与常规的Si-MOSFET相比，应变Si-MOSFET的性能更强，即便在深亚微米领域，数值模拟显示其性能较为优良，且在沟道中具有异质结构源端观察具有速度过冲等情况。对此，SiGe器件可对小尺寸Si-CMOS具有较强的替代作用。在大规模集成电路方面，SiGe半导体属于一种新型材料，可在应用应变后使载流子迁移率得以提升，导致有效质量减小，迁移率增加，从本质上看属于能带结构工程。对于P型SiMOSFET沟道载流子来说，应不断增强空穴迁移率，使价带结构对其产生的影响得到缓解。当晶体在双轴应力影响下发生反应时，单轴应力分量可使警惕对称性受到严重损坏，使可带简得以清楚，而流体静应力则会将起价带中的轻空穴带进行耦合，使结构发生改变，空穴有效质量降低，在二者的共同作用下，使空穴迁移效率得到显着提升。分析表明，在P型Si-MOSFET中，迁移率可提高50%，在90K低温状态下可提高100%，载流子迁移率具有各向异性等特点。

　　3、应变引入方法。

　　SiGe半导体中应变引入方式多种多样，利用Si与Ge晶格常数可将应变直接引入其中，并借助其他材料与晶格相结合，采用覆盖薄膜等方式完成应变引入。例如，在n-MOS晶体管，覆盖能够使介质层得以拉伸，起到提高载流子迁移率的效果。此外，将金属规划无、沟槽隔离、漏电极材料选择等诸多方式，均可产生应变。在MOSFET沟道中，将工艺技术引入应变主要可分为两个类别，即：一是衬底致双轴应变，另一个是工艺致单轴应变，二者均可使空穴迁移率得到显着提升，又可避免在大应变影响下产生应变弛豫等现象产生[2]。

　　结论：综上所述，SiGe半导体是Si基础上演变而成的新型材料，通过利用SiGe微电子技术，使Moore定律有效性得到显着提升，可见SiGe半导体对微电子领域发展起到不可忽视的促进作用，在未来的发展中应加强研究，使其在更多的领域得到广泛应用。

　　参考文献

　　[1]梁春广硅微电子大树上的新枝一- SiGe/Si器 件和电路[J]微纳电子技术, 2017(2):3-4.

　　[2]J齐兵.戴庆元. SiGe技术在蓝牙系统中的应用[J]半导体技术，2018, 27(8):14-16.