SOI und Strained Silicon

[xLoMx]

achso man senkt den bandabstant. ich gebe zu das bändermodell habe ich nicht vollständig verstanden, aber ich finde es schon sehr interesant.

SiGe-wafer zu bauen ist nicht ganz so schwer. man macht setzt "nur" eine SiGe suppe an und zieht dann den kristall daraus. das war die einfache erklärung, aber mit dem wissen kann man schon anfangen versuche zu fahren.

 

[Götterwind]

Der Bandabstand wird nicht gesenkt! Nur die Linien mit schwachen Krümmung, also die schwach gekrümmten Valenzzustände, gehen "nach unten" . Die anderen Niveaus bleiben im wesentlichen an dieser Stelle im Energieniveauschema. Du weist ja, das der Energiegap ca 1,2 eV beträgt. Auch bei diesem strained/stressed Si bleibt der so. Der Übergang findet immer noch an der selben Stelle statt. Jetzt geben aber die schnellen/leichten Elektronen der stark gekrümmten Niveau(s) den Hauptanteil.


Eigentlich muss man sich dazu ja noch die Elektronendichteverteilung dazu anschauen (da sieht man, wo die zur Halbleitung wichtigen Niveaus liegen besser). Das lassen wir jetzt aber besser, schweift nämlich etwas ab.

 

[xLoMx]

ok, ich hab sowie größe probleme dir zu folgen, festkörperphysik ist bei mir schon etwas her

 

[Götterwind]

Da kann ich dich beruhigen - ist auch starker Tobak. Da muss man am besten ein gutes Buch zu Rate ziehen, z.B. den Ashcroft/Mermin. Muss auch immer wieder nachlesen

 

[Th3ri0n]

Schöne Erklärung - aber worin besteht der Unterschied zwischen SOI und SiO2?

 

[xLoMx]

@hausmeister

SOI ist eine technologiebezeichnung. damit meint man silicon on insulator (SOI).
SOI ist also monokristallines silizium auf eine isolierende schicht SiO2 (Siliziumdioxid).

Siliziumdioxid (SiO2) ist die chemische bezeichnung von quarzsand

such einfach bei google sio2 dann findet man gute beschreibungen.

 

[Götterwind]

@xLoMx

Also, nach einer weiteren Vorlesung Halbleiterphysik habe ich den Prof mal gefragt, wie strained/stressed silicon nun eigentlich benutzt wird. Die Antwort ist einfach und entspricht im wesentlichen dem, was ich ganz am Anfang mal gepostet habe (auch wenn ich mich zwischendurch widersprochen habe).

Man braucht dafür weder Si noch Ge als Grundlage (theoretisch). Auf einen Untergrund mit der beabsichtigten Gitterkonstante wird Si aufgebracht. Dieses muss aber verspannt wachsen! D.h. die lateralen Gitterkonstanten des Untergrundes werden übernommen. Dadurch ändert sich auch die transversale GK (Erhaltung des "Volumens"). Diese fungiert als Funktionsschicht und ist so 10nm dick. Der Einfachheit halber nimmt man nun Si und mischt Ge hinzu, um den Untergrund zu erschaffen, wodurch solche Unnetigkeiten, wie das Ablösen der Schicht und andere Effekte, verhindert werden sollen. Nach dem üblichen Prozedere begint alles wieder neu, wenn eine weitere Schicht gemacht werden soll. Das übliche halt... Soweit mein Prof.

Das ist an sich ja auch völlig klar, da die SiGe-Verbindung nicht die Eigenschaften der eigentlich beabsichtigten Sicht hat. Das ist halt stark verunreinigtes Si.

Hoffe, dass klärt die Probs.

 

[Bokill]

Nur dies ist ganz schön intelligenter "Schmutz".

Si und Ge sind in der gleichen Hauptgruppe. Von daher sind viele Reaktionen vergleichbar. Und auch wenn Si als Halbmetall gilt und Ge als Metall ... so sind die Übergänge doch fliessend.

Die Bandlücke zwischen leitendem Band Si beträgt ca. 1,09 eV bei Germanium ist die Bandlücke deutlich geringer mit 0,60 eV.

Metallische Leiter ( "Normale Metalle" ) weisen bekanntlicherweise keine Bandlücke auf.

Positiv zur Leitung trägt sicherlich auch der "Zwang" bei, dass die Si-Atome im Kristallgitter des Si-Ge Gemisch näher als sonst üblich zueinander sind. Die Bandlücke wird daher auch bei den Si-Si Bindungen geringer.

MFG Bokill

 

[xLoMx]

@götterwind

das ist doch das was ich beschrieben habe

@bokill

chemisch verhalten sich Ge und Si gleich aus diesen grund gibt es ja auch reine Ge-halbleiter damit hat man ja auch damals angefangen.

bloß ist das verhalten bei höheren temperaturen deutlisch schlechter weil das Ge dadurch schon selbstleitend wird. hochintergrieete schaltungen sind nicht so toll zu machen weil sie einfach sehr viel mehr strom ziehen würden. aber das heißt nicht das SiGe mischwafer keine vorteile haben in der hochfrequenztechik werden sie gerne eingesetzt weil sie deutlich billiger sind als die GaAs-wafer (die aber fast nur vorteile haben, außer halt dem preis) es gibt schon transistoren die die 200GHz marke gebrochen haben. eine faustregel sagt das damit denn komerziele schaltungen mit 70GHz gebaut werden können. das ist schon im bereich der radarabstandswarner. also wird es bald preiswerte radareinparkhilfen fürs auto geben

die bandlücke an sich ist nicht das hauptkreterium. wichtig ist die position der übergänge, aber da kann götterwind besser drüber erzählen. es wie bei der mechanik energieerhaltung und impulserhaltung MÜSSEN stimmen.

aus diesen grund leuchten auch leuchtdioden aber gleichrichterdioden leuchten nicht, obwohl der aufbau ähnlich ist.

 

[Bokill]

Bandabstand

@xLoMx

Die Aussage von Götterwind wollte ich abschwächen

Der Bandabstand wird nicht gesenkt! Nur die Linien mit schwachen Krümmung, also die schwach gekrümmten Valenzzustände, gehen "nach unten" . Die anderen Niveaus bleiben im wesentlichen an dieser Stelle im Energieniveauschema.

Aber dies ist ja der Witz!

Die Bandlücke wird nach unten gezogen!

Natürlich sind immer noch vorwiegend die Zustände des Si-Si Gitters vorherrschend. Aber die Verschmutzung mit Germanium erzwingt bis zu einer bestimmten Schichtdicke eben dieses gewünschte Verhalten.

Schnelleres Schaltverhalten.

Leichtere Aktivierung bei tiefen Temperaturen. ...

Cray hatte damals mit seinen ersten Supercompern genau deswegen auf Germanium als Halbleiter gesetzt, aber er musste erfahren, dass er mit viel höheren Aufwand gar nicht mehr so schnelle Taktfortschritte erzielen kann.

Die Si-basierte Halbleitertechnik hingegen konnte permanent relativ gesehen viel schneller Taktzugewinne erzielen (allerdings von einer grottenschlechten Basis aus).

Und dass Si-basierte Halbleiter auch bei hohen Umgebungstemperatuen (Haltbarkeit/Zuverlässigkeit) noch Halbleiter waren, ist bei Massenprodukten sicherlich auch von Vorteil. Von der Massenverfügbarkeit (Kostenvorteile) des Si wollen wir lieber erst gar nich sprechen (Si ist so "selten" wie der Sand am Meer).

MFG Bokill

 

[Götterwind]

Re: Bandabstand

Ich befürchte wir reden aneinander vorbei.

@Bokill

Um alle Zweifel zu klären : Das stressed/strained silicon hat erstmal nix mit Ge zu tun. Wichtig ist, das man eine Grundlage mit entsprechender Gitterkonstante hat. Dann noch etwas: Die Bandlücke will man so gut wie unangetastet lassen! Die Verspannung im Gitter des REINEN Si sorgen dafür, das sich die Valenzbandstruktur ändert! Schlagworte währen heavy holes usw. ...
Natürlich wird sie sich die Bandlücke etwas ändern, ist nicht zu vermeiden. Wenn man es aber geschickt macht, passiert nicht viel. Außerdem die Definition der Bandlücke ist etwas sehr schwammig, wie du weist, da es dafür egal ist, ob der betrachtete Übergang ohne Umwege erlaubt ist oder nicht. Zu beachten ist natürlich, dass Si ein indirekter Halbleiter ist, also schlechter damit zu arbeiten ist, als zu Beispiel GaAs, welcher ein direkter ist.

Man betreibt ja nicht so einen riesen Aufwand, um Si sauber zu "kriegen", und arbeitet dann n einer SiGe-Suppe

Nochmal zum Ge: Das ist ein feines Zeug - damit lässt sich einfacher arbeiten. Nur die geringe Bandlücke macht es etwas unpraktisch. Nicht umsonst waren die erste Transistoren aus Ge. Wenn man aber ein solches Transistorradio in die pralle Sonne stellte, war der Empfang schlecht Es ist aber wieder im Kommen, Ge einzusetzen!

 

[Bokill]

reden aneinander vorbei

Nö!

Ich wusste lediglich nicht, dass man prinzipiell eigentlich die Bandlücke unverändert haben will ...

Da aber das Substrat bis zu einer gewisse Tiefe der Kristallstruktur Gewalt antut ist wohl ne gewisse Änderung nicht zu vermeiden ...

Schön ist`s ja, dass wir dies dann doch genau so sehen

Ich bin ja nur abgebrochener Chemiker, mit einem Hauch Fertigungstechnik-Erfahrung

Und bei einem Coaching für eine Chemieprüfung war "ganz zufällig" Si/C-Chemie dabei. Da konnte ich bei dem Coaching noch etwas aufschnappen.

MFG Bokill

PS: Zur Geburtsstunde des Si-Transitors und weiteren Goodies ...
Prozessor Transistor ... wie alles anfing!

 

[Götterwind]

Re: reden aneinander vorbei

Die Funktionsschicht ist ja in sich verspannt und nur wenige nm dick. So um die 10nm ... Da bleibt im wesentlichen in sich alles konsistent, was die dünne Schicht angeht Ich habe ja eigentlich nichts mit Prozessorherstellung zu tun, per Laser aber schon mit den Abarten der Halbleiter indirekt.

Höre halt nur nebenbei, so als Prüfungsvorbereitung, Halbleiterphysik. Leider gibt es zu den Themen keine so richtig schönen Bücher. Entweder nur Schaltungstechnik, oder QM

Ist aber echt interessant, dass sich auch Leute hier im Forum damit beschäftigen. Finde ich echt gut

 

[xLoMx]

@götterwind

leider sind hier auch eine menge kinder die es garnicht anerkennen das man eine menge über sowas weiß. ich habe ihr schon von leuten gehört die gemeint haben durch SOI gibt es keine leckströme mehr, wie man nur aus sowas kommt?

wir können ja auch noch von laser anfangen, ein wenig ahnung habe ich davon noch.

als studentische hilfskraft habe ich mal an einen freien elektronenlaser rumgebaut (sicherheitstechnik wegen der extrem harten röngtenstrahlung). Ich mag diese teile da leicht durchzustimmen und extrem hohe leitungen möglich sind.

und wenn es nicht zusehr in die NLO geht weiß ich eigendlich eine ganze menge über laser, welche metastabielen zustände bei welchen lasertyp für das licht zuständig sind, was eximerlaser sind. und sowas halt alles ach und meine geliebten Nd:Yag-laser

 

[Götterwind]

@xLoMx

Sich über Laser zu unterhalten, finde ich echt gut! Du warst an einem FE-Laser? Wie groß war die Anlage? Ich fummel mit bei einem Ti:Saphir-Laser rum (ca. 17TW). Ich baue mit einem Kumpel an einem Autokorrelator rum. Der wird mit mehreren Nd:YAG´s gepumpt. Geiles Teil...

Ich wäre nicht abgeneigt, bei einem ordentlichen Thread mitzuwirken. Zumal ja fast alle großtechnischen Halbleiterelemente per Laser hergestellt werden.