सिलिकॉन-जर्मेनियम

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कहना (/ˈsɪɡiː/ या /ˈsaɪdʒiː/), या सिलिकॉन-जर्मेनियम, सिलिकन और जर्मेनियम के मोल (यूनिट) अनुपात के साथ एक मिश्र धातु है, अर्थात सी के आणविक सूत्र के साथ1−xजीईx. यह आमतौर पर heterojunction द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के लिए एकीकृत सर्किट (आईसी) में सेमीकंडक्टर सामग्री के रूप में या सीएमओएस ट्रांजिस्टर के लिए तनाव (सामग्री विज्ञान) -प्रेरक परत के रूप में उपयोग किया जाता है। आईबीएम ने 1989 में प्रौद्योगिकी को मुख्यधारा के निर्माण में पेश किया।[1] यह अपेक्षाकृत नई तकनीक मिश्रित-सिग्नल एकीकृत सर्किट | मिश्रित-सिग्नल सर्किट और एनालॉग सर्किट आईसी डिजाइन और निर्माण में अवसर प्रदान करती है। SiGe का उपयोग उच्च तापमान अनुप्रयोगों (>700 K) के लिए ताप विद्युत सामग्री के रूप में भी किया जाता है।

उत्पादन

सेमीकंडक्टर के रूप में सिलिकॉन-जर्मेनियम का उपयोग बर्नार्ड एस मेयेरसन द्वारा किया गया था।[2] दशकों से इसकी प्राप्ति में देरी करने वाली चुनौती यह थी कि जर्मेनियम परमाणु सिलिकॉन परमाणुओं की तुलना में लगभग 4% बड़े होते हैं। सामान्य उच्च तापमान पर जिस पर सिलिकॉन ट्रांजिस्टर गढ़े गए थे, इन बड़े परमाणुओं को क्रिस्टलीय सिलिकॉन में जोड़कर प्रेरित तनाव ने बड़ी संख्या में दोष उत्पन्न किए, जिसके परिणामस्वरूप सामग्री का कोई उपयोग नहीं हुआ। मेयर्सन और सहकर्मियों की खोज की[3] उच्च तापमान प्रसंस्करण के लिए तत्कालीन विश्वास की आवश्यकता त्रुटिपूर्ण थी, जिससे पर्याप्त रूप से कम तापमान पर SiGe विकास की अनुमति मिली[4] ऐसा कि सभी व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए कोई दोष नहीं बना। एक बार उस बुनियादी अवरोध को हल करने के बाद, यह दिखाया गया कि परिणामी SiGe सामग्री को उच्च प्रदर्शन वाले इलेक्ट्रॉनिक्स में निर्मित किया जा सकता है[5] पारंपरिक कम लागत वाले सिलिकॉन अर्धचालक निर्माण टूलसेट का उपयोग करना। अधिक प्रासंगिक, परिणामी ट्रांजिस्टर का प्रदर्शन पारंपरिक रूप से निर्मित सिलिकॉन उपकरणों की सीमा से कहीं अधिक था, जो कम लागत वाली वाणिज्यिक वायरलेस प्रौद्योगिकियों की एक नई पीढ़ी को सक्षम करता था।[6] जैसे वाईफाई। SiGe प्रक्रियाएं सिलिकॉन CMOS निर्माण के समान लागत प्राप्त करती हैं और गैलियम आर्सेनाइड जैसी अन्य विषम तकनीकों की तुलना में कम होती हैं। हाल ही में, ऑर्गेनोजर्मेनियम प्रीकर्सर (जैसे isobutylgermane, एल्काइलजर्मेनियम ट्राइक्लोराइड्स, और डाइमिथाइलैमिनोजर्मेनियम ट्राइक्लोराइड) की उच्च शुद्धता जीई, सीजीई, और तनावपूर्ण सिलिकॉन जैसी जीई-युक्त फिल्मों के एमओवीपीई निक्षेपण के लिए कम खतरनाक तरल विकल्प के रूप में जांच की गई है।[7][8] SiGe फाउंड्री (इलेक्ट्रॉनिक्स) सेवाएं कई अर्धचालक प्रौद्योगिकी कंपनियों द्वारा प्रदान की जाती हैं। उन्नत लघु उपकरण ेस ने SiGe स्ट्रेस्ड-सिलिकॉन तकनीक के लिए IBM के साथ एक संयुक्त विकास का खुलासा किया,[9] 65 एनएम प्रक्रिया को लक्षित करना। ताइवान सेमीकंडक्टर मैन्युफैक्चरिंग कॉर्पोरेशन भी SiGe निर्माण क्षमता बेचता है।

जुलाई 2015 में, आईबीएम ने घोषणा की कि उसने 7 नैनोमीटर|7 एनएम सिलिकॉन-जर्मेनियम प्रक्रिया का उपयोग करके ट्रांजिस्टर के कामकाजी नमूने बनाए हैं, जो एक समकालीन प्रक्रिया की तुलना में ट्रांजिस्टर की मात्रा में चार गुना वृद्धि का वादा करता है।[10]


SiGe ट्रांजिस्टर

SiGe CMOS लॉजिक को हेटेरोजंक्शन द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के साथ एकीकृत करने की अनुमति देता है,[11] इसे मिक्स्ड-सिग्नल इंटीग्रेटेड सर्किट | मिक्स्ड-सिग्नल इंटीग्रेटेड सर्किट के लिए उपयुक्त बनाता है।[12] हेटेरोजंक्शन बाइपोलर ट्रांजिस्टर में पारंपरिक द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर की तुलना में उच्च फॉरवर्ड गेन और कम रिवर्स गेन होता है। यह बेहतर निम्न-वर्तमान और उच्च-आवृत्ति प्रदर्शन में अनुवाद करता है। एक समायोज्य ऊर्जा अंतराल के साथ हेटेरोजंक्शन तकनीक होने के नाते, SiGe सिलिकॉन-ओनली तकनीक की तुलना में अधिक लचीले बैंडगैप वोल्टेज संदर्भ का अवसर प्रदान करता है।

सिलिकॉन-जर्मेनियम ऑन इंसुलेटर (एसजीओआई) वर्तमान में कंप्यूटर चिप्स में कार्यरत इन्सुलेटर पर सिलिकॉन (एसओआई) तकनीक के अनुरूप एक तकनीक है। एसजीओआई एमओएसएफईटी गेट के तहत तनाव इंजीनियरिंग द्वारा माइक्रोचिप्स के अंदर ट्रांजिस्टर की गति बढ़ाता है, जिसके परिणामस्वरूप बेहतर इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और उच्च ड्राइव धाराएं होती हैं। सीजीई एमओएसएफईटी भी सीजीई के निचले बैंडगैप मूल्य के कारण कम पी-एन जंक्शन रिसाव प्रदान कर सकता है।[citation needed] हालांकि, SGOI MOSFETs के साथ एक प्रमुख मुद्दा मानक सिलिकॉन ऑक्सीकरण प्रसंस्करण का उपयोग करके सिलिकॉन-जर्मेनियम के साथ स्थिर ऑक्साइड बनाने में असमर्थता है।

थर्मोइलेक्ट्रिक अनुप्रयोग

मल्लाह 2 और वोयाजर 2 अंतरिक्ष यान में एक सिलिकॉन-जर्मेनियम थर्मोइलेक्ट्रिक उपकरण MHW-RTG3 का उपयोग किया गया था।[13] कैसिनी-ह्यूजेंस, गैलीलियो (अंतरिक्ष यान), यूलिसिस (अंतरिक्ष यान) पर सवार अन्य एमएचडब्ल्यू-आरटीजी और जीपीएचएस-आरटीजी में सिलिकॉन-जर्मेनियम थर्मोइलेक्ट्रिक उपकरणों का भी उपयोग किया गया था।[14]


प्रकाश उत्सर्जन

एक हेक्सागोनल SiGe मिश्र धातु की संरचना को नियंत्रित करके, Eindhoven University of Technology के शोधकर्ताओं ने एक ऐसी सामग्री विकसित की है जो प्रकाश का उत्सर्जन कर सकती है।[15] अपने इलेक्ट्रॉनिक गुणों के संयोजन में, यह विद्युत प्रवाह के बजाय प्रकाश का उपयोग करके डेटा ट्रांसफर को सक्षम करने के लिए एकल चिप में एकीकृत लेजर के उत्पादन की संभावना को खोलता है, ऊर्जा की खपत को कम करते हुए डेटा ट्रांसफर को गति देता है और कूलिंग सिस्टम की आवश्यकता होती है। नीदरलैंड में आइंडहोवन यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी में प्रमुख लेखकों एल्हम फडली, एलेन डिजस्ट्रा और एरिक बकर के साथ अंतरराष्ट्रीय टीम और जेना विश्वविद्यालय में जेन्स रेने सक्र्ट। जर्मनी में फ्रेडरिक-शिलर-यूनिवर्सिटेट जेना को 2020 ब्रेकथ्रू ऑफ द ईयर पुरस्कार से सम्मानित किया गया। पत्रिका भौतिकी की दुनिया द्वारा। [16]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Ouellette, Jennifer (June/July 2002). "Silicon–Germanium Gives Semiconductors the Edge". Archived 2008-05-17 at the Wayback Machine, The Industrial Physicist.
  2. ↑ Meyerson, Bernard S. (March 1994). "हाई-स्पीड सिलिकॉन-जर्मेनियम इलेक्ट्रॉनिक्स". Scientific American. 270 (3): 62–67. Bibcode:1994SciAm.270c..62M. doi:10.1038/scientificamerican0394-62.
  3. ↑ "Bistable Conditions for Low Temperature Silicon Epitaxy," Bernard S. Meyerson, Franz Himpsel and Kevin J. Uram, Appl. Phys. Lett. 57, 1034 (1990).
  4. ↑ B. S. Meyerson, "UHV/CVD growth of Si and Si:Ge alloys: chemistry, physics, and device applications," in Proceedings of the IEEE, vol. 80, no. 10, pp. 1592-1608, Oct. 1992, doi: 10.1109/5.168668.
  5. ↑ "75 GHz f t  SiGe Base Heterojunction Bipolar Transistor," G.L. Patton, J.H. Comfort, B.S. Meyerson, E.F. Crabbe, G.J. Scilla, E. DeFresart, J.M.C. Stork, J.Y.-C. Sun, D.L. Harame and J. Burghartz, Electron. Dev. Lett. 11, 171 (1990).
  6. ↑ "SiGe HBTs Reach the Microwave and Millimeter-Wave Frontier," C. Kermarrec, T. Tewksbury, G. Dave, R. Baines, B. Meyerson, D. Harame and M. Gilbert, Proceedings of the 1994 Bipolar/BiCMOS Circuits & Technology Meeting, Minneapolis, Minn., Oct. 10-11, 1994, Sponsored by IEEE, (1994).
  7. ↑ Woelk, Egbert; Shenai-Khatkhate, Deodatta V.; DiCarlo, Ronald L.; Amamchyan, Artashes; Power, Michael B.; Lamare, Bruno; Beaudoin, Grégoire; Sagnes, Isabelle (January 2006). "उच्च शुद्धता वाली जर्मेनियम फिल्मों के लिए नॉवेल ऑर्गोजर्मेनियम OMVPE प्रीकर्सर डिजाइन करना". Journal of Crystal Growth. 287 (2): 684–687. Bibcode:2006JCrGr.287..684W. doi:10.1016/j.jcrysgro.2005.10.094.
  8. ↑ Shenai, Deo V.; DiCarlo, Ronald L.; Power, Michael B.; Amamchyan, Artashes; Goyette, Randall J.; Woelk, Egbert (January 2007). "MOVPE द्वारा आराम से ग्रेडेड SiGe परतों और तनावग्रस्त सिलिकॉन के लिए सुरक्षित वैकल्पिक तरल जर्मेनियम अग्रदूत". Journal of Crystal Growth. 298: 172–175. Bibcode:2007JCrGr.298..172S. doi:10.1016/j.jcrysgro.2006.10.194.
  9. ↑ AMD And IBM Unveil New, Higher Performance, More Power Efficient 65nm Process Technologies At Gathering Of Industry’s Top R&D Firms, retrieved at March 16, 2007.
  10. ↑ Markoff, John (9 July 2015). "आईबीएम ने बहुत अधिक क्षमता वाली चिप के कार्यशील संस्करण का खुलासा किया". The New York Times.
  11. ↑ "A 200 mm SiGe HBT BiCMOS Technology for Mixed Signal Applications," K. Schonenberg, M. Gilbert, G.D. Berg, S. Wu, M. Soyuer, K. A. Tallman, K. J. Stein, R. A. Groves, S. Subbanna, D.B. Colavito, D.A. Sunderland and B.S. Meyerson," Proceedings of the 1995 Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting, p. 89-92, 1995.
  12. ↑ Cressler, J. D.; Niu, G. (2003). सिलिकॉन-जर्मेनियम हेटेरोजंक्शन द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर. Artech House. p. 13.
  13. ↑ "थर्मोइलेक्ट्रिक्स इतिहास समयरेखा". Alphabet Energy. Archived from the original on 2019-08-17.
  14. ↑ G. L. Bennett, J. J. Lombardo, R. J. Hemler, G. Silverman, C. W. Whitmore, W. R. Amos, E. W. Johnson, A. Schock, R. W. Zocher, T. K. Keenan, J. C. Hagan, R. W. Englehart (26–29 June 2006). Mission of Daring: The General-Purpose Heat Source Radioisotope Thermoelectric Generator (PDF). 4th International Energy Conversion Engineering Conference and Exhibit (IECEC). San Diego, California.{{cite conference}}: CS1 maint: uses authors parameter (link)
  15. ↑ Fadaly, Elham M. T.; Dijkstra, Alain; Suckert, Jens Renè; Ziss, Dorian; van Tilburg, Marvin A. J.; Mao, Chenyang; Ren, Yizhen; van Lange, Victor T.; Korzun, Ksenia; Kölling, Sebastian; Verheijen, Marcel A.; Busse, David; Rödl, Claudia; Furthmüller, Jürgen; Bechstedt, Friedhelm; Stangl, Julian; Finley, Jonathan J.; Botti, Silvana; Haverkort, Jos E. M.; Bakkers, Erik P. A. M. (April 2020). "हेक्सागोनल Ge और SiGe मिश्र धातुओं से प्रत्यक्ष-बैंडगैप उत्सर्जन". Nature. 580 (7802): 205–209. arXiv:1911.00726. Bibcode:2020Natur.580..205F. doi:10.1038/s41586-020-2150-y. PMID 32269353. S2CID 207870211.
  16. ↑ Hamish Johnston (10 Dec 2020). "Physics World announces its Breakthrough of the Year finalists for 2020". Physics World.


अग्रिम पठन

  • Raminderpal Singh; Modest M. Oprysko; David Harame (2004). Silicon Germanium: Technology, Modeling, and Design. IEEE Press / John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-66091-0.
  • John D. Cressler (2007). Circuits and Applications Using Silicon Heterostructure Devices. CRC Press. ISBN 978-1-4200-6695-1.


बाहरी संबंध

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