9.2 硅锗合金
Band alignment of Si/Ge hetero-structures under various strains: (a) compressively strained SiGe on Si substrate (type-I) and (b) tensilely strained Si and compressively strained Ge on unstrained SiGe (type-II).
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Ge content dependence of energy band gap of strained SiGe grown on Si substrates. HH and LH represent band gaps for heavy and light hole bands. That of unstrained SiGe is also shown as reference.
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§9 硅、锗和硅基光电材料
9.2 硅锗合金
应变SiGe薄膜的应用
在SiGe合金中, 电子迁移率几乎是纯Si的两 倍(Ge中电子迁移率是3900cm2/V· s，Si中 电子迁移率是1500cm2/V · s，Ge 中空穴迁 移率是1900cm2/V· s，Si 中空穴迁移率是 475cm2/V· s)。而且由于应力引起能带结构 的变化，使应变SiGe薄膜中电子和空穴载 流子迁移率增大。
§9 硅、锗和硅基光电材料
9.1 硅和锗元素半导体
9.2 硅锗合金 9.3 相二硅化铁
9.4 碳化硅
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§9 硅、锗和硅基光电材料
9.1 硅和锗元素半导体
硅和锗元素半导体 1.硅和锗的基本参数 2.硅和锗的能带结构
3. 硅和锗的杂质和缺陷 I. 杂质能级 II. 晶体缺陷
4. 硅、锗的电输运性质
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硅锗合金
SiGe合金是近年来兴起的新型半导体材料， 它有许多独特的物理性质和重要的技术应 用价值，并与硅的微电子技术兼容，被认 为是第二代硅材料。它使硅材料进入到人 工设计微结构材料的时代，使硅器件进入 到异质结构、能带工程时代，其工作领域 已扩展到毫米波、超快速领域，光学探测 已进入到1.3-1.55μm远红外波段。
(after Hinckley and Singh).
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Valence bands of bulk Si and compressively strained Si0.6Ge0.4.
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§9 硅、锗和硅基光电材料
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• SiGe/Si HBT ：电流增益显著提高；基区掺 杂浓度可以做得很高；工作频率得到很大 提高(截至频率最高达到375GHz)。用于 WLAN、蓝牙、移动终端设备、卫星广播、 光纤通信、雷达等。 • SiGe MODFET和CMOSFET ：张应变的Si 中的电子和压应变SiGe中的空穴的迁移率 比无应变Si层中的电子和空穴迁移率提高 3～5倍，用于高速设备。
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§9 硅、锗和硅基光电材料
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Band modification of tensilely
strained Si and compressively strained SiGe. SO represents
the spin-orbit splitting band
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• SiGe异质结构的制备方法主要有MBE和CVD。 SiGe应变层材料的生长技术主要是分子束外延 (MBE)和化学气相淀积(CVD)。 • MBE技术不适合工业化大生产 ，工业界采用 的SiGe层外延设备主要有UHVCVD(Ultra high vacuum chemical vapor deposition) ， RPCVD(Reduced-pressure chemical vapor deposit ion) ，APCVD(Atmospheric-pressure chemical vapor deposition )，VLPCVD(Very low pressure chemical vapor deposition )以及 PHOTOCVD
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• Ge的晶格常数a=0.5658nm • Si的晶格常数a=0.5431nm • Ge与Si能够以任意比例互溶生长，所以在 室温且Ge摩尔分数x不是很高的情况下， 体SiGe合金的晶格常数随组分比x呈线性 变化。 • Ge与Si的晶格失配率4.2%，Si1-xGex合金 与Si之间的晶格失配率可以通过合金组分 x来人为调节，从而得到人们所期望的异 质结结构。
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• Si-Ge在光电转换、热电转换、红外器件等 领域，具有极优良的特点。 • SiGe 在半导体光电子领域特别是光电集成 领域也有着巨大的应用潜力。
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I. 热平衡载流子浓度 II. 载流子迁移率
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9.3 相二硅化铁
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• SiGe合金的带隙宽度和晶格常数可以根据组 分含量的不同线性调节 • SiGe的工艺可以和现有的Si材料工艺兼容 • 超晶格技术使SiGe材料具有了许多特殊的性 能，具有广阔的应用前景
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