Siliziumgermanium


Siliziumgermanium

Siliziumgermanium (SiGe) ist ein IV-IV-Verbindungshalbleiter. Durch die Verwandtschaft mit der Silizium-Technologie lassen sich viele Verfahren übertragen. Für die Herstellung werden konventionelle Silizium-Wafer verwendet, die ähnlich wie gestrecktes Silizium um eine SiGe-Schicht erweitert werden. Die prozesstechnische Realisierung erfolgt mittels Epitaxie. Dabei wird bei Temperaturen um 600°C aus Silan (SiH4) und German (GeH4) eine feste SiGe-Schicht abgeschieden. Mit den Gasflüssen lässt sich der Ge-Anteil der SiGe-Schicht einstellen (5 .. 30 Atom%). Die einkristalline SiGe-Schicht wird dadurch verspannt. Erst bei Überschreitung einer kritischen Schichtdicke relaxiert (entspannt sich) die Schicht und es entstehen unerwünschte Kristallversetzungen. In Bor-dotierten Basiszonen von Bipolartransistoren wird vorzugsweise zusätzlich Kohlenstoff eingebracht, weswegen die SiGe-Technologie häufig auch als SiGe:C bezeichnet wird. Dadurch wird die Diffusionsgeschwindigkeit des Dotierstoffes Bor in der Basiszone während nachfolgender Temperaturprozesse signifikant reduziert und eine Ausdiffusion des Bors aus der SiGe-Schicht verhindert. Es ist möglich, den Epitaxieprozess so zu gestalten, dass ein Schichtstapel, bestehend aus einer Si-Startschicht, aus der p-leitenden SiGe-Basiszone und aus einer n-leitenden Si-Deckschicht (Emitter), abgeschieden wird. Die Transistoren werden als Heterojunction Bipolartransistoren (HBT) realisiert. Das Haupteinsatzgebiet ist die Hochfrequenz-Elektronik und schnelle Logikschaltungen.

Neueste Entwicklungen von IBM und insbesondere Infineon zeigen bereits Grenzfrequenzen um 250 GHz. Forschungen an der Ruhr-Universität Bochum aus dem Jahre 2003 von Prof. Rein haben den Weg des SiGe für den Hochfrequenzbereich bei 77 GHz geebnet, indem auf diesem Prozess Schaltungen entwickelt wurden, die das Potenzial des SiGe-Prozesses voll ausnutzen konnten.

Das prädestiniert den Einsatz von SiGe im Bereich von KFZ-Radars bei 77 GHz zur Frequenzerzeugung sowie auch zur Signalkonvertierung. Der Produktbereich "Driver Assistance" der Robert Bosch GmbH wird weltweit als erster Automobilzulieferer im 1. Quartal 2009 mit einem auf SiGe-basierten Abstandswarnradar in Serie gehen, das auf einem neu entwickelten und automotiv-qualifiziertem (AEC-Q100) Infineon-Chipsatz (RXN774x-Familie) beruht.

Neben SiGe als Basismaterial für Hochfrequenzanwendungen um 77 GHz ist noch Galliumarsenid (GaAs) zu nennen, das jedoch im aktuellen Technologiestand (2006) nicht an die Grenzfrequenz von SiGe herankommt und zudem erheblich teurer ist.

Da mit GaAs im Gegensatz zu SiGe auch Leistungsstufen möglich sind, kann es interessant sein, bei GaAs zu bleiben, solange dieses Material die benötigte Frequenz noch beherrscht.

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