高品質的矽鍺基板

Original publish date:Jun 13, 2006

編輯 Tzu-Ming Lu 報導

日本Tohoku大學的Usami等人，製造出極高品質的矽鍺基板，可望應用在應變矽(Strained Silicon)的技術上，達到大量生產的目標。

應變矽技術是指，利用發展相當成熟的磊晶技術(MBE，CVD等)，在矽鍺合金上生成一層單晶矽。由於矽鍺合金的晶格比矽的晶格大，使得矽受到應力，進而使傳導帶的電子能級分開。由於能級分裂，電子主要分佈在某些特定能級，其在晶圓平面上的等效質量較小，電子遷移率(mobility)比在一般的矽晶體中大，所以電晶體的操作速度能夠更快。

目前大量生產的瓶頸在於不容易生產高品質的矽鍺基板。傳統上矽鍺基板是在普通的矽基板上生長一層很厚的矽鍺合金，稱為虛擬基板(virtual substrate)。但由於矽鍺合金和矽基板的晶格大小相差太大，當生長的矽鍺合金大厚，為了釋放位能，在表面上會產生許多缺陷，這些缺陷嚴重破壞元件的電、光特性。

要是能夠直接製造一整塊的矽鍺合金，就能避免以上問題。Usami等人的作法是，將矽和鍺一起在高溫下融化，再準確控制拉晶的速度、固液界面的溫度，得到了很均勻的矽鍺合金。透過X光繞射及拉曼光譜可以證明，這種方法所得到的矽鍺基板，在晶體的均勻度上比傳統的虛擬基板要好上許多。

作者提到，目前的方法仍需要改進。主要的問題是有時候得到的矽鍺合金是多晶體(polycrystalline)，而不是我們所想要的單晶。若此問題解決，則高品質的矽鍺基板馬上可以應用在積體電路的大量生產上，讓電腦的運作再加快一步。

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