半導(dǎo)體行業(yè)之半導(dǎo)體材料特性（七）

盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，但是砷化鎵材料仍不能取代硅材料進(jìn)而變成主流的半導(dǎo)體材料。原因在于我們必須要在實(shí)際的材料性能和加工難度這兩個(gè)關(guān)鍵因素之間進(jìn)行權(quán)衡。雖然砷化鎵電路的工作速度非?？欤蠖鄶?shù)電子產(chǎn)品不需要非常高的運(yùn)行速度，有中等的速度水平就夠了，這是因?qū)嶋H的應(yīng)用需求所決定的，并不是說性能好就行。

在材料性能方面，砷化鎵，像鍺，它們都不具有天然氧化物層。為了補(bǔ)償它們?nèi)笔У倪@種氧化層，必須在砷化鎵材料上面沉積單獨(dú)的介電層，因?yàn)閼{空增加了一道冗余的工序，所以這樣做會(huì)導(dǎo)致器件的加工時(shí)間變長(zhǎng)，產(chǎn)量也會(huì)降低。而且，砷化鎵中有一半的原子是砷，這種材料具有毒性，是一種對(duì)人類非常危險(xiǎn)的元素。

不幸的是，砷在正常工藝溫度下就可以從化合物中蒸發(fā)，因此需要增加一些附加的措施來(lái)保證加工工人們的人身安全:增加壓制層(帽)或加入一些內(nèi)廷加工工序。這些增加的加工步驟延長(zhǎng)了處理時(shí)間，進(jìn)而增加了成本，并且降低了產(chǎn)量。

在GaAs晶體的生長(zhǎng)階段，這種蒸發(fā)的現(xiàn)象也會(huì)發(fā)生，導(dǎo)致加工出一些非均勻的晶體和晶圓片。這種不均勻性使加工出來(lái)的晶圓片非常不均勻，這直接導(dǎo)致晶圓片上不同位置處受力不均勻，在加工過程中容易斷裂。并且生產(chǎn)大口徑的砷化鎵晶圓片的技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于同尺寸的硅晶圓片，直接導(dǎo)致生產(chǎn)效率的代際差異。

盡管存在這些問題，砷化鎵仍然是一種重要的半導(dǎo)體材料，尤其是在一些高性能的應(yīng)用需求上，這種材料將繼續(xù)持續(xù)得以使用，并可能對(duì)未來(lái)的計(jì)算機(jī)性能的持續(xù)提升產(chǎn)生重大影響。

硅鍺(SiGe)

硅鍺GaAs半導(dǎo)體材料的一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是硅鍺(SiGe)材料。這種新的元素結(jié)合將晶體管速度提高到支持超高速無(wú)線電路系統(tǒng)和個(gè)人通信設(shè)備的水準(zhǔn)。器件/集成電路結(jié)構(gòu)將一層鍺材料用超高真空/化學(xué)氣相沉積(UHV/CVD)技術(shù)沉積到其結(jié)構(gòu)中去。雙晶體管是在鍺層中形成的。不同于更簡(jiǎn)單的使用最常見的硅材料技術(shù)加工而成的晶體管，SiGe材料要求晶體管具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)或垂直結(jié)結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)有幾個(gè)層和特定的摻雜水平，這些新的設(shè)計(jì)維度可以允許電路工作在更高的頻率上。

主要半導(dǎo)體生產(chǎn)材料與硅材料的比較可以從下面的圖中所示中看到。

半導(dǎo)體材料

晶圓片是制造微芯片的傳統(tǒng)方式，這一方式已經(jīng)經(jīng)過了非常多年的實(shí)際應(yīng)用。但是隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們對(duì)高性能電路的持續(xù)追求，實(shí)現(xiàn)更高的電氣性能需要新的襯底，如硅上絕緣體(SOI)，如藍(lán)寶石，以及金剛石上的硅(SOD)。鉆石材料比硅材料可以實(shí)現(xiàn)更好的散熱性能。另一種結(jié)構(gòu)可以這樣實(shí)現(xiàn)：用一層應(yīng)變硅沉積在硅鍺材料上。應(yīng)變硅發(fā)生時(shí)，硅原子沉積是先沉積在絕緣體上，再沉積在Si/Ge (SOI)層上。

審核編輯：劉清