Trendy i perspektywy

Tranzystory SiGe

Przez co najmniej kilkanaście lat wydawało

się, że german nieodwracalnie przestał liczyć

się jako materiał, z którego wykonuje się ele−

menty półprzewodnikowe. Starsi elektronicy

pamiętają germanowe tranzystory, które mia−

ły zatrważająco wielkie prądy zerowe,

a współczynnik wzmocnienia prądowego

częstokroć był mniejszy od 10.

German nie przeszedł jednak do lamusa

historii. Pod pewnymi względami jest lepszy

Już w 1997 zademonstrowano pierwszy

Z różnych ośrodków badawczych nadcho−

od krzemu. Dlatego w dobie absolutnej hege−

użyteczny tranzystor HBT. W roku 1990 za−

dzą informacje o próbach wykorzystania polo−

monii krzemu trwały próby wykorzystania

prezentowano tranzystor SiGe o częstotliwo−

wych tranzystorów SiGe (MODFET, HFET)

zalet germanu. Zaowocowały one w 1987 ro−

ści granicznej równej 75GHz (tranzystory

oraz elementów optycznych SiGe, mogących

ku wyprodukowaniem pierwszego heterozłą−

krzemowe mają częstotliwość graniczną co

pracować w zakresie mikrofalowym. Choć ge−

czowego tranzystora (w skrócie HBT − hete−

najwyżej kilka GHz). Dziś godne uwagi są do−

neralnie tranzystory polowe SiGe są dopiero

rostructure bipolar transistor) krzemowo−ger−

niesienia o tranzystorach SiGe mających czę−

na etapie wstępnych badań, na przykład firma

manowego (SiGe).

stotliwość graniczną powyżej 120GHz.

AmberWave we współpracy z DaimlerChry−

Pomysł budowy tranzystora heterozłączo−

Współpracujące ze sobą firmy IBM i Analog

sler AG już oferuje tranzystor polowy HEMT

wego, czyli zbudowanego z co najmniej dwóch

Devices pokazały 12−bitowy przetwornik

(High Electron Mobility Transistor) typu DC−

różnych materiałów, nie jest nowy. Pojawił się

A/D o szybkości 1GS/s zawierający 2854

2060. Jest to rodzaj FET−a SiGe, mogący pra−

pod koniec lat 40., na samym początku epoki

tranzystorów SiGe. Zademonstrowano liczne

cować do 20GHz jako wzmacniacz, a w ukła−

tranzystorowej, a w latach 50. zyskał podstawy

wzmacniacze, mieszacze i oscylatory na za−

dach generacyjnych do 60...80GHz.

teoretyczne. Praktycznej realizacji doczekał się

kres częstotliwości 2...40GHz. Pod koniec

Trwają prace nad opanowaniem technologii

w roku 1967, gdy zaprezentowano użyteczny

1996 roku zademonstrowano tranzystor mocy

wytwarzania komplementarnych tranzystorów

heterozłączowy tranzystor GaAs i AlGaAs.

SiGe nadający się do pracy w systemach rada−

polowych SiGe. Bada się możliwości zintegro−

Tranzystory GaAs (z arsenku galu) są dziś po−

rowych 2,8GHz przy mocy 230W w impulsie.

wania klasycznych elementów CMOS, foto−

wszechnie wykorzystywane w sprzęcie w.cz.

Skonstruowano prototypy różnych cyfrowych

diod i elementów SiGe (HBT, HEMT) w jed−

Określenie HBT SiGe mogłoby sugero−

układów scalonych, mogących pracować przy

nej strukturze. Jeden układ scalony zawierałby

wać, że tranzystor zbudowany jest w połowie

prędkości 20...30Gbit/s, gdzie czas propagacji

na krzemowym podłożu elementy czynne

z krzemu i w połowie z germanu. Prawda jest

bramki jest rzędu kilkunastu pikosekund.

CMOS (klasyczne i SiGe), źródła promienio−

zupełnie inna. Jest to generalnie tranzystor

Co bardzo ważne, elementy SiGe mogą

wania na bazie Si/SiGe (zamiast dzisiejszych

krzemowy, wytworzony w technologii epita−

być wytwarzane na typowych "krzemowych"

diod LED), odbiorniki promieniowania (foto−

ksjalnej. Bardzo cienka warstewka germanu

liniach technologicznych. Gwarantuje to niski

diody), a nawet zintegrowane krzemowe świa−

jest jedynie nałożona na (krzemowy) obszar

koszt produkcji, trochę wyższy od klasycz−

tłowody (dla przypomnienia − szkło zbudowa−

bazy. W ten sposób tylko obszar bazy zbudo−

nych elementów krzemowych. Jest to ogro−

ne jest też na bazie krzemu). Powstały już

wany jest z krzemu i dodatkowej, cieniutkiej

mnie ważna zaleta, ponieważ elementy z ar−

pierwsze laboratoryjne LED−y i fotodetektory

warstewki germanu. Dodanie germanu do ob−

senku galu (GaAs) są zdecydowanie droższe

SiGe. Bardzo obiecujące są perspektywy czuj−

szaru bazy krzemowego tranzystora spowodo−

od elementów SiGe, mniej więcej czterokrot−

ników podczerwieni 3...12µm do systemów

wało znaczne zwiększenie ruchliwości nośni−

nie, nie mówiąc o jeszcze szybszych i jeszcze

termowizyjnych. Zbudowano prototypy detek−

ków, a tym samym częstotliwości granicznej,

droższych elementach z fosforku indu (InP).

torów promieniowania w postaci matryc za−

oraz obniżenie szumów.

Przed elementami SiGe roztaczają się szero−

wierających do 400x400 elementów.

Stworzenie użytecznych elementów ak−

kie perspektywy. W laboratoriach firm i insty−

Nie ulega wątpliwości, że różnorodne ele−

tywnych SiGe nie było łatwe ze względu na

tutów trwają też próby wytworzenia już nie

menty SiGe szybko zajmą ważne miejsce na

istotne różnice wielkości modułu siatki kry−

układów scalonych, ale całych systemów mi−

rynku i już wkrótce będą powszechnie stoso−

stalicznej krzemu i germanu (4,2%). Właśnie

krofalowych SiGe, zawierających oprócz ele−

wane w komunikacji ruchomej (MOBICOM

dlatego nałożona warstewka germanu nie

mentów aktywnych, także pasywne (kondensa−

− MOBIe COMmunication), satelitarnej

może być gruba. Potrzeba było kilku lat ba−

tory, cewki i linie transmisyjne), na zakres czę−

(SATCOM), światłowodowej (FIBRECOM)

dań, by ostatecznie przezwyciężyć występu−

stotliwości do kilkudziesięciu GHz. W tym wy−

oraz bezprzewodowych lokalnych sieciach

jące trudności technologiczne, aby w nałożo−

padku stosuje się elementy mikromechaniczne

komputerowych (WLAN − Wireless Local

nej warstwie germanu nie było defektów i by

(MEMS) ze względu na specyficzne wymaga−

Area Network) − zobacz rysunek tytułowy.

była trwała.

nia związane ze stratami przy bardzo wysokich

(red)

częstotliwościach.

88

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h