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2025-07-18T17:27:44Z

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'''Siliciumgermanium''' (fachsprachlich; standardsprachlich '''Siliziumgermanium'''), kurz SiGe, ist ein [[IV-IV-Verbindungshalbleiter]] bestehend aus den Elementen [[Silicium]] (Si) und [[Germanium]] (Ge).

== Herstellung ==
Durch die Verwandtschaft mit der Silicium[[technologie]] lassen sich viele Verfahren übertragen. Für die Herstellung werden konventionelle Silicium[[wafer]] verwendet, die ähnlich wie [[gestrecktes Silicium]] um eine SiGe-Schicht erweitert werden. Die prozesstechnische Realisierung erfolgt mittels [[Epitaxie]]. Dabei wird bei Temperaturen um 600 °C aus [[Monosilan]] (SiH<sub>4</sub>) und [[Monogerman]] (GeH<sub>4</sub>) eine feste SiGe-Schicht abgeschieden. Mit den Gasflüssen lässt sich der Ge-Anteil der SiGe-Schicht einstellen (5 bis 30 [[Atomprozent]]). 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]]-[[Dotierung|dotierten]] Basiszonen von [[Bipolartransistor]]en 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 [[Epitaxie]]prozess 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.

== Anwendung ==
Die Transistoren besitzen einen [[Heteroübergang]] ([[heterojunction bipolar transistor]], HBT). Das Haupteinsatzgebiet ist die [[Hochfrequenz]]-[[Elektronik]] und der Bereich schnelle [[Digitaltechnik]].

Forschungen an der [[Ruhr-Universität Bochum]] aus dem Jahre 2003 in der Arbeitsgruppe von Hans-Martin 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.<ref name="Rein2003">{{Literatur |Autor=Hao Li, H.-M. Rein |Titel=Millimeter-wave VCOs with wide tuning range and low phase noise, fully integrated in a SiGe bipolar production technology |Sammelwerk=IEEE Journal of Solid-State Circuits |Band=38 |Nummer=2 |Datum=2003 |Seiten=184–191 |DOI=10.1109/JSSC.2002.807404}}</ref><ref name="Rein2004">{{Literatur |Autor=Hao Li, H.-M. Rein, T. Suttorp, J. Bock |Titel=Fully integrated SiGe VCOs with powerful output buffer for 77-GHz automotive Radar systems and applications around 100 GHz |Sammelwerk=IEEE Journal of Solid-State Circuits |Band=39 |Nummer=10 |Datum=2004 |Seiten=1650–1658 |DOI=10.1109/JSSC.2004.833552}}</ref> Aus diesem Grund eignet sich SiGe beispielsweise für den Einsatz im Bereich von Kfz-Radars bei 77 GHz zur [[Frequenz]]erzeugung oder Signalkonvertierung. Zum Einsatz kommt SiGe beispielsweise in einem Abstandswarnradar der [[Robert Bosch GmbH]] (Start der Serienproduktion 1. Quartal 2009) sowie dem von ihm genutzten Infineon-Chipsatz (RXN774x-Familie). 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.

Entwicklungen in den Jahren 2008 bis 2010 zeigten erreichbare [[Transitfrequenz]]en von 250 GHz bis zu 500 GHz.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.dotfive.eu/index.php?id=185 |titel=Dotfive project – Towards 0.5 TeraHertz Silicon / Germanium Heterojunction bipolar technology |zugriff=2013-01-25}}</ref>

Anfang der 2000er fand SiGe auch in herkömmlichen [[Prozessor]]en für Desktop-PC Anwendung (Intel, IBM/AMD). Dabei wird ausgenutzt, dass die [[Ladungsträgermobilität]] von [[Elektron]]en und [[Defektelektron]]en durch [[Mechanische Spannung|mechanischen Spannungen]] erhöht werden kann (sogenanntes [[Gestrecktes Silicium|verspanntes Silicium]]). Dieser Effekt ist für Elektronen und Defektelektronen von der Art der Verspannung und der Kristallorientierung abhängig, Druckspannung verschlechtert beispielsweise die Ladungsträgerbeweglichkeit von Elektronen in [[Millersche Indizes|<100>]]-Si aber verbessert die der Defektelektronen. Das Siliciumgermanium wird hierbei also nicht als Kanalmaterial genutzt. Es wird stattdessen für die Verspannung des Kanals eingesetzt. Dafür wird nach der Herstellung des Polysilicum-Gates das Silicium der eigentlichen Source-Drain-Gebiete in der Kanalnähe herausgeätzt (durch [[reaktives Ionenätzen]] u. a.) und anschließend mit einem [[Epitaxie|epitaktischen]] [[Chemische Gasphasenabscheidung|CVD]]-SiGe wieder gefüllt. Durch die unterschiedliche Volumenausdehnung von SiGe und Si wird beim Abkühlen der Bereich zwischen dem Source- und dem Drain-Gebiet (also der Kanal) verspannt (Druckspannung). Prinzipiell kann diese Technik auch in Verbindung mit herkömmlichen aufgebauten Gate-Stapeln (Siliciumdioxid und Polysilicium) verwendet werden. Bei der [[High-k+Metal-Gate-Technik]] können jedoch größere Verspannungen erzielt werden, indem nach der Verspannung zunächst das Polysiliciumgate entfernt wird; später wird dieser Raum dann wieder durch Metall gefüllt.<ref>{{Literatur |Autor=Chris Auth, Mark Buehler, Annalisa Cappellani, Chi-hing Choi, Gary Ding, Weimin Han, Subhash Joshi,Brian McIntyre, Matt Prince, Pushkar Ranade, Justin Sandford, Christopher Thomas |Titel=45nm High-k+Metal Gate Strain-Enhanced Transistors |Sammelwerk=Intel® Technology Journal |Band=12 |Nummer=01 |Datum=2008 |Seiten=77–85 |Online=[https://web.archive.org/web/20120710122842/http://download.intel.com/technology/itj/2008/v12i2/1-transistors/1-45nm_High-k+Metal_Gate_Strain-Enhanced_Transistors.pdf PDF] |DOI=10.1109/VLSIT.2008.4588589}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=W. Chee, S. Maikop, C. Y. Yu |Titel=Mobility-enhancement technologies |Sammelwerk=IEEE Circuits Devices Mag |Band=21 |Nummer=3 |Datum=2005 |Seiten=21–36 |DOI=10.1109/MCD.2005.1438752}}</ref>

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Verbindungshalbleiter]]
[[Kategorie:Siliciumverbindung]]
[[Kategorie:Germaniumverbindung]]

Siliciumgermanium - Versionsgeschichte

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