German zamiast krzemu
Purdue University ma na swoim koncie ważne osiągnięcie w historii rozwoju półprzewodników. To właśnie naukowcy z tej uczelni dostarczyli w 1947 roku bardzo ważny element pierwszego tranzystora – półprzewodnik z oczyszczonego germanu.
Teraz specjaliści z tej samej uczelni stworzyli pierwszy układ elektroniczny (CMOS), w którym krzem zastąpiono germanem.
Co prawda, german został wykorzystany już w pierwszym tranzystorze, ale w zastosowaniach komercyjnych wygrał krzem. Wkrótce jednak dojdziemy do kresu możliwości fizycznych krzemu. Jednym z materiałów, które mogą zastąpić krzem, jest właśnie german. Jak mówi profesor Peide Ye, german pozwala na produkowanie mniejszych podzespołów elektronicznych.
Podczas najnowszych badań naukowcy z Purdue wykorzystali german do wyprodukowania dwóch typów tranzystorów. Dotychczas specjaliści potrafili wyprodukować tranzystory typu P, tym razem stworzono również tranzystor typu N.
Właściwości germanu utrudniają tworzenie tranzystorów N, które dobrze pracowałyby przy niskiej oporności. Specjaliści z Purdue stwierdzili, że wzbogacanie germanu o zanieczyszczenia zmienia jego właściwości, im więcej zanieczyszczeń tym mniejsza oporność. Uczeni nauczyli się też tworzyć dobrej jakości połączenia z zanieczyszczonym germanem, dzięki czemu stworzyli germanowy układ CMOS. Badania wykazały, że wchodzący w jego skład falownik jest najbardziej efektywnym falownikiem, wyprodukowanym z innego materiału niż krzem.
Komentarze (2)
Stanley, 12 grudnia 2014, 11:20
Nie wiem czy autor poprawnie zrozumiał źródło czy chodzi o domieszkowanie czy o jakiś inny format... domieszkowania?
Może chodzi o "wyrównanie szans" obu mosfetom ale jakie niby zanieczyszczenia?
Z rumianku?
Nawet krzem bez domieszek("p" lub "n") nie funkcjonuje i jest co najwyżej podłożem.
Wiec zanieczyszczenie to podstawa.
Jako półprzewodnik niesamoistny krzem(podobnie do germanu) ma stosunkowo dużą oporność - brak mu nadmiarowych elektronów lub dziur - jest "mdły" bez boru lub fosforu(krzem), podobnie w diodach świecących arsenku galu, anymonek galu etc. Myślałem do niedawna że problemem germanu jest np. niska oporność tj. duże prądy upływu gdyby go zastosować samodzielnie w podłożu. Problem gwałtownie pogłębia się wraz z temperaturą. A przy 70'C kończy się zabawa germanu, dla krzemu to "aż" w 125'C.
Diody germanowe maja mniejsze napięcie przewodzenia niż krzemowe 0.2-0.3V vs 0.5-0.7V a mimo to nie są użwane powszechnie bo zamiast nich diody ze złączem krzem-metal Shottkyego(0.15-0.45V)
(człowiek z germanii ale dioda krzemowa).
Stosowana w układach większej mocy i szybkości, ale również jako usprawnienie samej szybkości z tranzystorami bipolarnymi - połączona równolegle do złącza baza-kolektor zapobiega nasycaniu skracjąc czas przełączania.
O germanowej szerzej nie słyszałem(podobno były w radioodbiornikach) miałem 10 lat i w ręce germanową, sklana bańka pięknie lśniła na słońcu, po podłączeniu omomierza i dotykaniu znacznie zmieniała się rezystancja. Myslałem że termorezystor.. to chyba źle świadczy o germanie w tranzystorze MOSFET?
Germanowy inwerter z obrazka(falownik inwerter - wszystko mi jedno)jest ledwo ewolucją dobrze znanych i przestarzałych "płaskich" struktur z tranzystorami bazującymi na "strained silicone" czyli krzemu rozciągniętego jak guma od majtek by polepszyć przewodnictwo. Krzemu rozciąganego od conajmniej 10 lat tj. od 130nm Intela dopasowując strukturę krystaliczną do lepszego pod tym względem germanu
W nowej strukturze germanowe kanały są osadzone na tlenku krzemu(SOI - którego używało IBM i AMD ale systematycznie porzucali) więc jakie to zastępstwo? Bez krzemu ani rusz bez SOI(które znacznie zwiększa koszty) ani rusz. Może to być ratunek dla SOI w GlobalFoundries które "odziedziczyło" stare fabryki IBM i ma dla nich produkować PowerPC więc może coś z tym wynalazkiem zrobią ale bardzo wątpie.
Ot wynalazek do szuflady sztuka dla sztuki "najbardziej efektywnym falownikiem, wyprodukowanym z innego materiału niż krzem" - czyli niekoniecznie lepszym.
Aktualnie "wszyscy" producenci zaawansowanych struktur z MOSFET'ami przechodza na pionowe tranzystory i bulk(bez tlenku w podłożu) w których bramka jest umieszczona po bokach i na górze kanału
Bo problem tranzystorów to nie tylko mniejszy wymiar w tym mniejszy kanał ale aby nimi sterować potrzeba większego niż wynikałoby to z rozmiarów i możliwości bramki napięcia lub większej jej powierzchni.
Tlenek krzemu nie dawał już rady grubości poniżej 2nm i został zastąpiony innymi izolatorami. Bramki mimo wprowadzania większych pojemności(high-k) zapobiegają przeciekom ale wymagają poszerzenia kanału żeby zmniejszyć rezystancję kanału i przyspieszyć przełączania więc suma sumarum...
Germanowa technologia przypomina mi molibdenitową - dużo szumu na który się dałem złapać ale z tego pieca nie będzie chleba. Napewno nie będzie go w najbliższych latach bo 16,14 do 10nm spokojnie wystarczy 193nm litografia i krzem(UV transmitowane wodą, półprzewodnik chłodzony wodą) w niższych procesach - do 2020r zgodnie z Moroe potrzeba będzie EUV 10nm
A ono rodzi wiele problemów podczas produkcji. Jednym z nich bedzie chłodzenie - trudno chłodzić próżnią < 189nm pochłaniało powietrze więc stosowano wodę jako "światłowód"
Trudno uzyskać przemysłowe moce "promienników" więc w zalewie problemów i problemików nie sądze by ktokolwiek kombinował z germanem w ciągu najbliższych 10 lat.
Nie sądze więc abyśmy doczekali się germanu w jakiejkolwiek aplikacji scalonej która dała by widoczny postęp. Być może w układach większej mocy.. ale moment.. zdaje się że german nie jest w nich mile widziany.
Nie dam się znowu nabrać.
rahl, 18 grudnia 2014, 19:49
Taak - dokładnie przypominają mi się czasy studiów (lata 90). Tam też był jeden profesor który próbował budować swoją karierę na twierdzeniach o końcu krzemu i świetlanej przyszłości germanu. Minęło 20 lat i znowu ktoś wypisuje podobne głupoty - eeehhh szkoda słów.