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锗在集成电路中的潜在应用及其蚀刻方法（上）

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发布时间：

2021-01-08

锗在集成电路中的潜在应用及其蚀刻方法（上）：
使用锗代替硅元素似乎是个讽刺性的转折。1947年于贝尔实验室发明的晶体管就是由锗板制成，即元素周期表中硅元素下方的元素。选择锗的原因是电流能快速通过锗材料，这正是晶体管必备的特征。但是，工程师们考虑大规模制作集成电路时，又将锗抛之脑后，因为硅材料更容易处理。现在，由于生产商们面临着硅材料无法进一步微型化的问题，锗元素得以重新应用。普渡大学叶培德(Peide Ye)教授及其同事所展示的锗电路表明，锗材料在随后几年将被商品化。当前生产的微型晶体管直径仅14nm，且极其紧密连在一起。若进一步减小晶体管的尺寸，半导体产业将面临严峻的挑战。

锗在集成电路的蚀刻应用
2016年电子器件会议小组会议期间， Intel公司的研究员马克●波尔(Mark Bohr)表示，10年之后，将不可能进一步缩小硅晶体管的尺寸。波尔说:“我通常更倾向于新创意。”锗具备良好的电气性能，从而电路传输速度始终优于硅元素。但是，根据当前行业内所使用的生产技术，即互补金属氧化物半导体技术(CMOS)或互补金氧半导体技术，工程师们无法利用锗材料制造出紧凑却节能的电路。利用互补金氧半导体制成的电路同时采用传输负电荷的晶体管，即负电场效应晶体管;传输正电荷的晶体管，即正由场效应晶体管，“但是负由场效应锗晶体管技术正遭遇瓶颈”。叶培德提出了新的负电场效应锗晶体管设计方案以显著提高其性能。锗元素能再次引起广泛关注，萨拉斯沃特功不可没。
2002年，他发布论文，说明锗晶体管具有高性能，是硅晶体管的2~3 倍。萨拉斯沃特说，“我们已经完成基本科学工作，现在我们重点关注基础工程。”其他可用材料如碳纳米管或由多种元素组成的复合半导体电有望取代硅材料，但是其使用方式更为复杂，难为芯片行业所用。相比之下，芯片制浩商已将锗元素用于正电场效应硅晶体管。