其实内在是有很大关联的,原因是因为锗和硅禁带宽度不同。锗的禁带宽度低,所以相对不耐温,但是死区小(死区大小在数值上等于禁带宽度对应电压值加绝对温度与温度系数(负的)的乘积)。因为锗禁带宽度小,所以电子更活跃,受温度的影响更大,外在表现就是温度稳定性差。
硅:作为现在最广泛应用的半导体材料,它的优点是多方面的.1)硅的地球储量很大,所以原料成本低廉.
2)硅的提纯工艺历经60年的发展,已经达到目前人类的最高水平.
3)Si/SiO2 的界面可以通过氧化获得,非常完美.通过后退火工艺可以获得极其完美的界面.
4)关于硅的掺杂和扩散工艺,研究得十分广泛,前期经验很多.
不足:硅本身的电子和空穴迁移速度在未来很难满足更高性能半导体器件的需求.氧化硅由于介电常数较低,当器件微小化以后,将面临介电材料击穿的困境,寻找替代介电材料是当务之急.硅属于间接带隙半导体,光发射效率不高.
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锗:作为最早被研究的半导体材料,带给我们两个诺贝尔奖,第一个transistor和第一个IC.锗的优点是:
1)空穴迁移率最大,是硅的四倍;电子迁移率是硅的两倍.
2)禁带宽度比较小,有利于发展低电压器件.
3)施主/受主的激活温度远低于硅,有利于节省热预算.
4)小的波尔激子半径,有助于提高它的场发射特性.
5)小的禁带宽度,有助于组合介电材料,降低漏电流.
缺点也比较明显:锗属于较为活泼的材料,它和介电材料的界面容易发生氧化还原反应,生成GeO,产生较多缺陷,进而影响材料的性能;锗由于储量较少,所以直接使用锗作衬底是不合适的,因此必须通过GeOI(绝缘体上锗)技术,来发展未来器件.该技术存在一定难度,但是通过借鉴研究硅材料获得的经验,相信会在不久的将来克服.
无所谓那个好,要看实际用途。做晶体管或者集成电路,硅更适合一些,原因在于:
1 硅的禁带宽度比锗宽,因此受温度影响比锗小。
2 硅的氧化物十分稳定,可以低成本的解决掩蔽层绝缘问题,因此可以实现平面的集成电路,而锗一般只有合金管,无法形成集成电路。
3 硅的氧化物适于做栅介质材料,因此可以做MOS结构,而MOS结构是现代数字电路的基础。
4 硅很便宜,沙子而已,锗很贵。
锗在特定的用途比硅好用,例如霍尔系数比硅高,更适合探测磁场。
对于二极管,硅的优势在于反压高,漏电小,温度稳定性高。锗的优势在于导通压降低,但现在已被硅的肖特基二极管超越。
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