Чем отличаются германиевые транзисторы от кремниевых
Перейти к содержимому

Чем отличаются германиевые транзисторы от кремниевых

  • автор:

Чем отличаются германиевые транзисторы от кремниевых

Текущее время: Сб мар 16, 2024 02:06:04

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Запрошенной темы не существует.

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
Русская поддержка phpBB
Extended by Karma MOD © 2007—2012 m157y
Extended by Topic Tags MOD © 2012 m157y

Работоспособность сайта проверена в браузерах:
IE8.0, Opera 9.0, Netscape Navigator 7.0, Mozilla Firefox 5.0
Адаптирован для работы при разрешениях экрана от 1280х1024 и выше.
При меньших разрешениях возможно появление горизонтальной прокрутки.
По всем вопросам обращайтесь к Коту: kot@radiokot.ru
©2005-2024

Какие транзисторы лучше германиевые или кремниевые

All-Audio.pro

Скорее всего, это какие-то залежи с советских времен, когда электронная промышленность СССР ещё использовала германиевые диоды и транзисторы в основном военного применения , которые впоследствии были вытеснены кремниевыми электронными компонентами. Разница между кремнием и германием в производстве электронных компонентов очень существенна: кремниевые диоды и транзисторы гораздо дешевле в производстве я уже писал о производстве электроники здесь. Кроме того, кремния , в отличие от германия, в мире не просто много, а очень и очень много. Обычный песок — это кремний.

//optAd360 — 300×250 —>

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Перейти к результатам поиска >>>

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: САМЫЙ КРУТОЙ ТРАНЗИСТОР — П210А

Самые музыкальные германиевые транзисторы

//optAd360 — 300×250 —> Последние четыре толком не пробовал. Сейчас делаю апгрейд выхода топового ЦАП -а. Выбор пал, несмотря на неудобство монтажа пришлось делать на заказ радиатор на П Есть буржуазный германий, пока не пробовал. Кремний: тут у меня однозначности нет. По поводу КТ, я пробовал его в нескольких местах. Нигде он мне не понравился, резковатый такой звук, может чем надо было уравновешивать и разбавлять, но замена оказалась предпочтительней. Германиевый МП10а гораздо лучше — играет мягко, деликатно и достаточно ясно. С КТ звук Хай-Энднее, в скрипке больше металла и блеска, в голосе давления, пространство глубже, резче очерчены границы. Но, в принципе, оба варианта можно привести к нужному результату, использовав сильные стороны транзисторов. У МП10 есть некоторая «зашумленность» звучания, особенно заметная на оцифровках шеллака. На очереди еще несколько десятков кандидатов. Если она лишняя вдруг, то замутить и закрасить можно всегда, а если нет ясности в отдельной радиодетали, то её уж неоткуда будет взять. Германиевые П тоже достаточно ясные. Все они при ясности не отдают искусственностью и синтетикой, в этом их главный плюс. А вот всякие там мп10 не уверен, технологии раньше были не очень, поэтому вряд ли. Если уж западные германиевые транзисторы из тех, что мне попадался, сплошь — мутное дерьмо. Но тут остаётся одно — рыть и надеяться на чудо. ГТ — подобные ещё вот может Желательности их полного отсутствия. С германиевым транзистором П — полностью согласен, П только хочу попробовать, хотя уже и заявляют, что это не то. С транзистором КТ — не спорю, что и ясность, но есть у него и резковатость. Все же замена его на германий оказалась, для меня благоприятней. Германиевый транзистор МП10 именно с буквой А, я применил в одном из ранних изделий. Оно до сих пор трудится у клиента, и все попытки заменить его на что-то другое, закончились провалом. Да, он слышит, что новые изделия в чем-то превосходят его, но я его понимаю, свое очарование в том ДАК -е есть. Слушает он, в основном оперу. Кстати, и другие германиевые транзисторы серии МП, как бы и не были незатейливы с виду, имеют свои интересные моменты. Второй транзистор порадовал, играет на удивление хорошо, только чуть взрывной динамики и объема не хватает. А так все есть — и ясность, и ровность, и красочные тембры. Как вариант для недорогих ДАК -ов, очень даже ничего, ибо чую, скоро все кт на золото сдадут и все равно придется искать замену. Первые особенно:. Кроме того, я лично с нетерпением жду когда кто-то первый откроет серию гибридных или полностью германиевых изделий имею в виду предусилитель или фоно-корректор. Если с усилителями мощности на германии есть определенные проблемы перегрев и Вт мощности там быстро теряют контроль над басовыми динамиками без серьезных вложений в питание с большим запасом , то компактные и музыкальные предварительные усилители или корректоры вроде Uher CV На что способны будут такие «коробочки» с навесным монтажом и подбором деталей музыкальных, даже представить не могу. А самая динамичная и драйвовая версия усилителя мощности на германии у меня была на основе пожилого Fergusson этот мог резануть ухо не комфортной нотой или нарастанием звука в Форте. С нетерпением буду ждать премьеры идеи готовых SE на ках, еще бы добавить в линейку варианты по мощнее на F2a или те же 5 Вт на германии Пока из того что удалось послушать готового на германиевых транзисторах, самыми музыкальными были именно небольшой мощности компоненты около Вт. Возможно, как раз — нужные мне Вт мощности были самой серединой запаса тех усилителей, комфортного как крейсерская скорость автомобиля. Фергюссон имел уже Вт мощности и с ним сложнее было поймать оптимальную громкость между комфортным полноценным звуком и криком играть тихо он умел плохо. Был опыт прослушивания и более мощных усилителей по 15 — 20 Вт от Грюндик или других производителей на огромных с медный пятак, металлических транзисторах «моторолла «, «альтек» и т. К сожалению шарм и обаяние германия в самых мощных изделиях почти не прослушивался — это были всего лишь относительно маломощные усилители — в них сплошные минусы ограничений, связанных с германием. Вам нужно будет только объяснить мне как оптимально их переслать — если мое предложение покажется интересным Любопытно, что — имея одновременно более десятка разных усилителей на германиевых транзисторах, я внятно слышал очень большую разницу в их звучании и характере. Если мощные транзисторные усилители звучать по-разному в нюансах и деталях, ты вслушиваешься в их подачу и замечаешь различия. Германиевые же, даже серийные изделия разительно отличались между собой — вернее сказать лучшие из них, выделяются очень эмоциональной подачей. Они буквально берут за горло и как благовония или какие-нибудь ароматические палочки, и тут же погружают тебя в другое по энергетике пространство особенно на интересных по исполнению записях это слышно и на любой музыке из другой эпохи — полное погружение. Как знать, возможно в сочетании с хорошим предварительным усилителем на лампах — такой симбиоз даст результат не хуже, а в чем-то и лучше даже по сравнению с дорогими и легендарными лампами. В свое время мне именно на германиевом усилителе было удобнее всего отслушивать сочетания проводников для разных кабелей — возможно это не случайность. Так же я заметил, что кроме повышенной чувствительности к свойствам проводки, эти изделия чрезвычайно зависимы от качества всего блока питания. Я дважды в жизни натыкался на «улучшателей технарей», которые начинали бездумно менять конденсаторы в схеме и звучание становилось только — хуже. Когда меняли это диодный мост на «качественный современный «, звук деградировал еще сильнее. У меня один такой запасной где-то был припасен для проекта усилителя на когда-нибудь. В общем, думаю вы Аббас, как никто другой осилите эту тему и сможете раскрыть немалый потенциал этих вымирающих усилителей прекрасных как драконы или единороги. Что-то мне подсказывает что не случайно в начале х именно германий по сути вытеснил лампу из массовых изделий и убедительно показал, что в транзисторе тоже есть звук. Тот период в лет пока производители выпускали усилители на германиевых транзисторах, стал переходным периодом или «сладкой оболочкой » горькой внутри пилюли. Горькую пилюлю предстояло распробовать в следующие десятилетия с началом безумной гонки за количество транзисторов в изделии под гордой вывеской «Solid State». Заразительная погоня за мощностью в связке с все более тупыми по чувствительности и материалам динамиками, превратила попытку создать систему с характером дикого мустанга — в тупиковый » тяни-толкай» Они похожи на кт, но при этом ещё имеют полностью позолоченное основание и позолоченные выводы. В этих транзисторах, и даже в Siemens, есть какая-то специфическая «рыхлость», как будто звук обложили ватой. Пока не знаю, как ее преодолеть, в общем отложил в сторону. Может режимы были неудачные, но в преобразователе ток напряжение пока лучше кремний играет, хорошо показали себя МП За КТ и КТ спасибо, поищу попробую. Усилитель Жана я видел, но межкаскадный трансформатор, по-моему, все таки лучше на лампу ставить. Из них можно выжать 3 — 4 Вт, установив на радиатор. Сначала я сделал усилитель на 4-х транзисторах 2 предварительных каскада и комплементарный выходной с небольшой обратной связью. Но потом выкинул первый каскад, убрал обратную связь и усилитель запел очень прилично. Особенно, когда я все резисторы сделал графитовыми на деревянных болванках, а с электролитов снял удушающую звук внешнюю полиэтиленовую пленку и поставил германиевый однополупериодный выпрямитель в минус питания. Трансформатор с картонной катушкой, пропитанной прополисом конечно, тоже желателен для улучшения свободы звучания. Я уже не говорю об ужасных П — П и П4. П — П заметно музыкальней, но гт — , на мой взгляд, лучшие отечественные германиевые транзисторы для звука. Хотя мощности чуть-чуть не хватает. Создано: Автор Виталий. Разработка сайта webtraktor. Мрщный германиевый транзистор гт и его кольцевая структура кристалла Мощный германиевый транзистор гтб ствыился в блоки зажигания автомобилей Самый музыкальный из мощных кремниевых транзистор кта Хорошо играющие германиевые транзисторы средней мощности п Самый лучший германиевый транзистор по зучанию из средней мощности высокочастотных Германиевый транзистор п по зучанию похож на п Высокочастотные германиевые транзисторы п по зучанию похожи на п Одни из лучших по звучанию зарубежные германиевые транзисторы AD AD Одни из лучших по звучанию зарубежные германиевые транзисторы AD AD комплиментарная пара Одни из лучших по звучанию германиевые транзисторы AD стояли во многих Hi-Fi магнитофона Уникальный мощный германиевый транзистор гт Богатсво германиевых транзисторов которое большинство радиолюбителей выкинули за ненадобностью. Советские германиевые транзисторы и диоды могут составить конкуренцию зарубежным Транзисторы средней мощности гт гт и другие германиевые Схема усилителя на германиевых транзистрах JBL SA Схема мощного усилителя на германиевых транзистрах с фазоинверсным трансформатором. Экспериментирую с ГТ по совету Георгия В стабилизаторах активно применяю AD, AD siemens, philips, telefunken. Лежат без дела ASY П забраковал давно и навсегда. Очень хорошо по памяти играли КТ и КТ, даже собираюсь их применить. Из полевых транзисторов однозначно хорошо играли КП Андронников их использует в каком-то усилителе. Есть еще много хороших транзисторов, которые мне советовали, но до которых не дошли руки. Ссылки по теме:. Автор: Виталий Аовокс Опубликовано:. Оценка 4.

Самые музыкальные германиевые транзисторы

Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Задача по физике 1 ставка. Провод КСПВ, вопрос к электрикам 1 ставка.

Решающей причиной смены германиевых транзисторов кремниевыми стала .. Ответной частью на провода служат ножевые клеммы 6,3 мм (лучше.

Поиск музыкантов

Имеется книжка Иванов Б. Там много интересных схем для начинающих, но книжка старая и многие схемы незнаю, может и все выполнены на германиевых транзисторах ГТ, МП, Даже «Сворень, Электронника шаг за шагом» !! И вот возникают резонные вопросы:. Слышал что схемотехника германиевых транзисторов отличается от кремниевых и влоб их менять нельзя. Мы принимаем формат Sprint-Layout 6! Экспорт в Gerber из Sprint-Layout 6.

Справочник химика 21

Какие транзисторы лучше германиевые или кремниевые

Новокузнецк, Кемеровская обл. Логин: Пароль Забыли? Кремний против германия в усилителях одинаковой ретро-структуры и новый германиевый кит в конце. Усилители Усилители на транзисторах.

Наверняка у каждого радиолюбителя еще найдутся в наличии германиевые транзисторы,но их сегодня уже почти нет в продаже,их не выпускают лет наверно тридцать и не применяют в современной технике. Так по какой же причине они исчезли,почему транзисторы на основе кремния заменили германиевые транзисторы?

Германиевый усилитель мощности

Знаете ли вы, чем отличаются германиевые полупроводниковые транзисторы от кремниевых? Возможно, что-то вам известно, но насколько вы правы? Начнем с простого. Рабочая область напряжений базового перехода в режимах А и В находится в пределах 0,,4 В для германиевых, а для кремниевых транзисторов границы смещаются от 0,4 до 1,2 В. То есть при замене германиевого транзистора кремниевым, транзистор окажется закрытым и ток через него протекать не будет.

Основные различия полупроводниковых транзисторов

Из-за этого у германиевых транзисторов гораздо ниже максимальная рабочая температура, чем у кремниевых. А обратный ток, наоборот, выше. Нет, это не о тепловыделении, а о температуре, выше которой которой транзистор сдохнет. Спросите точнее, я не понял вопроса. Тем более что слово «ток» у Вас появилось впервые только сейчас. Обратные токи плохи не тем, что сами по себе что-то греют, а тем, что ухудшают стабильность параметров транзисторной схемы в диапазоне температур. Для ключа это будет значить, что при какой-то температуре он будет закрываться и открываться хорошо, а при другой уже перестанет быть ключом и уйдёт в активный режим. И тогда транзистор будет нагреваться уже прямым током.

ГЕРМАНИЙ или КРЕМНИЙ какой ТРАНЗИСТОР лучше? именно на транзисторы потому что это германиевые транзисторы хотя.

Почему не выпускают германиевые транзисторы.Чем кремниевые лучше германиевых транзисторов?

В конце позапрошлого века немецкий химик К. Винклер открыл элемент, существование которого заранее было предсказано Д. А 1 июля г.

Созданы новые германиевые транзисторы, превосходящие кремниевые в четыре раза по скорости работы

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Обзор номер два германиевые транзисторы
Что нового? Если это ваш первый визит, рекомендуем почитать справку по сайту. Для того, чтобы начать писать сообщения, Вам необходимо зарегистрироваться. Для просмотра сообщений регистрация не требуется. Забыли пароль? Показано с 1 по 12 из

Предыдущее посещение: 08 окт , Текущее время: 08 окт , Добавлено: 20 июл ,

Последние четыре толком не пробовал. Сейчас делаю апгрейд выхода топового ЦАП -а. Выбор пал, несмотря на неудобство монтажа пришлось делать на заказ радиатор на П Есть буржуазный германий, пока не пробовал. Кремний: тут у меня однозначности нет. Новокузнецк, Кемеровская обл. Логин: Пароль Забыли? Кремний против германия в усилителях одинаковой ретро-структуры и новый германиевый кит в конце.

Чем отличаются германиевые транзисторы от кремниевых

Германиевые vs. кремниевые транзисторы в приемниках

Vlad Timan: Вот возник такой вопрос — какие транзисторы предпочтительные в премниках — германиевые или кремниевые — в ВЧ и ПЧ каскадах?

Ответов — 12

REM007: У Вас интерес практический или ,так сказать, «теоретический»?

Виктор Ф: Вообще то дело не в типе полупроводника, а в свойствах конечного продукта))))))))))).

Vlad Timan: REM007 Интерес и практический — по поводу замены транзисторов в старых приемниках, и теоретический

REM007: В старых приемниках ничего «улучшать» не стоит,нужно ставить ,по возможности,родные детали,тем более транзисторы и диоды.Иначе коллекционная стоимость падает (на основе зарубежных источников). У нас это еще далеко не все понимают.

Gen: При замене германиевых транзисторов на кремниевые наверняка придётся менять цепи, ответственные за режим транзистора.

REM007: Vlad Timan Океан-214 это наглядная иллюстрация по Вашему вопросу.Соберите все схемы Океан-209+214 и SELENA ,сделаете для себя много открытий.Первые варианты 209 были на ГТ-322 ,потом на КТ-368. 214 сначала был на КТ-368 а последние снова на PNP,но уже на кремниевых КТ-3126Б. Схема приемника практически не менялась,вот такие метаморфозы.

Vlad Timan: REM007 Насчет коллекционной ценности — знаю. Даже электролиты стараюсь не менять 🙂 Именно сравнивая Океаны и спрашиваю (205 74года и 216 92года). И все же — есть ли разница? В чем принципиалиные отличия германиевых от кремниевых — если есть? Что предпочтительнее — хотя бы теоретически? Например, как влияет обратный ток коллектора?

GT310B: Обьективно кремниевые лучше по всем параметрам, непример обратные токи меньше минимум на порядок. Преимущества германиевых в низком напряжении смещения на базе и в «мягкой» характеристике. Некоторые выделяют «германиевый» звук, как и «ламповое» звучание, некоторым нравиться именнно германий. ГТ бояться перегрева при пайке. В мировой практики ГТ применялись до середины 60х, потом все дружно перешли на кремний.

REM007: Самый важный «параметр» это грамотно расчитанная схема+исполнение (почти полная аналогия со «звучащими» и «незвучащими» УНЧ) Полно примеров того что приемники 50-60-70 гг. работают лучше более поздних разработок (ну не все,конечно) .

Ярослав: Я предлогаю использовать арсенид-галлиевые транзисторы, они очень классные и светятся!

Vlad Timan: GT310B Спасибо за ответ по-существу!

Виктор Ф: Откуда германиевому звуку взяться в высокочастотных цепях?)))))))))))). На самом деле ответ элементарен))))))))))). Если повторять какую то конструкцию, то лучше использовать детали заложенные конструктором. Если делать что то свое, то кремний.

Германий может заменить кремний в транзисторах и вывести их на новый уровень

image

В качестве демонстрации работоспособности концепции автор с командой создали подложки из германия на изоляторе, для создания инвертеров, содержащих сначала планарные транзисторы, а затем и FinFET-транзисторы

Почти 70 лет назад два физика из Телефонной лаборатории Белла – Джон Бардин и Уолтер Брэттейн [John Bardeen and Walter Brattain] – впрессовали два тонких золотых контакта в пластину из германия, и сделали третий контакт снизу пластины. Ток, проходивший через эту конструкцию, можно было использовать для превращения слабого сигнала в сильный. В результате появился первый транзистор – усилитель и переключатель, который, возможно, стал величайшим изобретением 20-го века. Благодаря закону Мура, транзистор развил компьютеры далеко за пределы того, что казалось возможным в 1950-е.

Несмотря на звёздную роль германия в ранней истории транзисторов, его вскоре заменили кремнием. Но сейчас, что удивительно, этот материал готов вернуться. Лидеры в производстве чипов раздумывают над заменой компонентов в самом сердце транзистора – токопроводящем канале. Идея в том, чтобы заменить кремний материалом, способным лучше проводить ток. Создание транзисторов с такими каналами может помочь инженерам продолжать улучшать показатели контуров по скорости и энергоэффективности, что будет означать появление улучшенных компьютеров, смартфонов, и множества других гаджетов в последующие годы.

Долгое время интерес к альтернативным каналам вращался вокруг соединений A III B V , таких, как арсенид галлия, состоящих из атомов, находящихся слева и справа от кремния в таблице Менделеева. И я участвовал в том исследовании. Восемь лет назад я написал статью для этого журнала, обозначив прогресс, сделанный в построении транзисторов на таких соединениях.

Два транзистора в инвертере на основе FinFET содержат плавниковые каналы, выделяющиеся из плоскости подложки (вверху – розовые каналы, внизу – скошенный вид на ещё один набор). Расстояния между «плавниками» вверху – десятки нанометров.

Но в результате мы обнаружили, что у подхода с A III B V существуют фундаментальные физические ограничения. А также он, скорее всего, был бы слишком дорогим и сложным для интеграции с существующей кремниевой технологией. Так что несколько лет назад моя команда в Университете Пердью начала эксперименты с другим устройством: с транзистором, канал которого выполнен из германия. С тех пор мы продемонстрировали первые контуры КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) [CMOS, complementary metal-oxide-semiconductor]. Примерно та же логика, что находится внутри современных компьютеров, только изготовленная из германия, выращенного на обычных кремниевых подложках. Мы также создали ряд различных транзисторных архитектур из этого материала. В них входят устройства из нанопроволоки, которые могут стать следующим шагом производства, когда сегодняшние лучшие транзисторы, FinFET, уже нельзя будет дальше уменьшать.

И что ещё интереснее, оказывается, что возвращать германий в работу не так сложно, как это кажется. Транзисторы, использующие комбинацию кремния и германия в канале, уже можно найти в новых чипах, и они впервые появились в 2015 году, в демонстрации будущих технологий изготовления чипов от IBM. Эти разработки могут стать первым шагом индустрии, стремящейся внедрять всё большие доли германия в каналы. Через несколько лет мы можем столкнуться с тем, что материал, подаривший нам транзисторы, помог перенести их в следующую эпоху выдающегося быстродействия.

Германий впервые изолировал и открыл немецкий химик Клеменс Уинклер в конце XIX века. Материал был назван в честь родины учёного, и всегда считался плохо проводящим ток. Это изменилось во время Второй Мировой войны, когда были открыты полупроводниковые свойства германия – то есть, возможность переключения между проведением и блокированием тока. В послевоенные годы быстро развивались полупроводниковые устройства на германии. В США производство, отвечая на запросы рынка, возросло от нескольких сотен фунтов в 1946 до 45 тонн к 1960-му году. Но кремний выиграл; он стал популярным материалом для микросхем логики и памяти.

И для доминирования кремния есть веские причины. Во-первых, его больше, и он дешевле. У кремния более широкая запрещённая зона, энергетический барьер, который нужно преодолеть для создания проводимости. Чем больше эта зона, тем сложнее току просочиться через устройство в ненужный момент и зря потратить энергию. В качестве бонуса у кремния и теплопроводность была лучше, что позволяло легче отводить тепло, чтобы контуры не перегревались.

Учитывая все преимущества, естественно заинтересоваться – зачем бы нам вообще раздумывать над возвращением германия в канал. Ответ – мобильность. Электроны в германии при комнатной температуре двигаются почти в три раза охотнее, чем в кремнии. А дырки – отсутствие электрона в материале, рассматриваемое, как положительный заряд – двигаются почти в четыре раза охотнее.

Девятиступенчатый кольцевой КМОП-осциллятор, представленный в 2015 году

То, что в германии электроны и дырки такие мобильные, делает его удобным кандидатом для КМОП-контуров. КМОП сочетает два разных типа транзисторов: p-канальные FET (pFET), канал которых содержит избыток свободных дырок, и n-канальные FET (nFET), у которых есть избыток электронов. Чем быстрее они двигаются, тем быстрее работают контуры. А уменьшение напряжения, требуемого для их передвижения, означает и уменьшение энергопотребления.

Конечно, германий – не единственный материал с такой мобильностью частиц. Упомянутые ранее составы A III B V , материалы, такие, как арсенид индия и арсенид галлия, также могут похвастаться высокой подвижностью электронов. Электроны в арсениде индия почти в 30 раз подвижнее, чем в кремнии. Но проблема в том, что это свойство не распространяется на дырки – они не сильно подвижнее тех, что есть в кремнии. И это ограничение приводит к невозможности создания высокоскоростных pFET, а отсутствие скоростных pFET сводит на нет получение быстрых КМОП-контуров, поскольку они не могут работать с очень большой разницей в скоростях работы nFETs и pFETs.

Один из вариантов решения – взять от каждого материала лучшее. Исследователи во многих лабораториях, например, Европейской организации по исследованию полупроводников Imec и Цюрихской лаборатории IBM, показали способы создания контуров, у которых каналы nFET сделаны из составов A III B V , а pFET – из германия. И хотя эта технология может позволить создавать очень быстрые контуры, она сильно усложняет производство.

Поэтому нам больше нравится простой подход с германием. Германиевые каналы должны увеличить быстродействие, а проблемы производства будут не такими серьёзными.

Как дела у германия

Свойство Кремний (Si) Германий (Ge) Арсенид галлия (GaAs) Арсенид индия (InAs) Единицы
Запрещённая зона 1.12 0.66 1.42 0.35 eV
Подвижность электронов при 300 К 1,350 3,900 8,500 40,000 cm 2 /(V·s)
Подвижность дырок при 300 K 450 1,900 400 500 cm 2 /(V·s)
Максимальная возможная скорость электронов 1 0.6 2 3.5 x10 7 cm/s
Критическое электрическое поле 0.25 0.1 0.004 0.002 x10 6 V/cm
Теплопроводность 1.5 0.58 0.5 0.27 W/(cm·K)

Чтобы германий – или любой альтернативный материал – попал в производство, необходимо найти способ добавления его на кремниевые подложки, используемые в настоящее время для изготовления чипов. К счастью, существует множество способов нанести на кремниевую подложку германиевый слой, из которого потом можно сделать каналы. Использование тонкого слоя устраняет две ключевые проблемы германия – высокая по сравнению с кремнием стоимость, и относительно плохая теплопроводность.

Но чтобы заменить кремний в транзисторе, недостаточно просто впихнуть тонкий и высококачественный слой из германия. Канал должен безупречно работать с другими компонентами транзистора.

В вездесущих современных КМОП-чипах используются транзисторы на основе МОП (металл-оксид-полупроводник – МОП-транзистор; metal-oxide-semiconductor field effect transistor — MOSFET). У него есть четыре базовых части. Исток и сток – исходная и конечная точка перемещения тока; канал, соединяющий их; затвор, служащий клапаном, контролирующим наличие тока в канале.

В реальности в качественном транзисторе присутствуют и другие ингредиенты. Один из самых важных – изолятор затвора, предотвращающий короткое замыкание затвора и канала. Атомы в полупроводниках, таких, как кремний, германий и составы A III B V , расположены в трёх измерениях. Идеально плоскую поверхность изготовить нельзя, поэтому у атомов, находящихся вверху канала, будет несколько выпирающих связей. Вам необходимо изолятор, связывающий как можно больше этих связей, и этот процесс называется пассивацией, или поверхностной протравкой. В случае некачественного изготовления можно получить канал с «электрическими выбоинами», полный таких мест, где переносчики заряда могут временно задерживаться, что понижает их подвижность и, в результате, скорость работы устройства.

Слева: nFET из составов A III B V , и pFET из германия, кусочки обеих материалов выращены на кремниевой подложке с изоляцией.
Справа: оба транзистора выполнены из германия, связанного с подложкой.

К счастью, природа снабдила кремний естественным изолятором, хорошо совпадающим с его кристаллической структурой: диоксидом кремния (SiO2). И хотя в современных транзисторах встречаются более экзотические изоляторы, в них всё равно есть тонкий слой этого оксида, служащий для пассивации кремниевого канала. Поскольку кремний и SiO2 близки по структуре, хорошо изготовленный слой SiO2 связывает 99 999 из 100 000 свободных связей – а на квадратном сантиметре кремния их содержится примерно столько.

Арсенид галлия и другие составы A III B V не обладают естественным оксидами, а у германия он есть – поэтому, в теории, у него должен быть идеальный материал для пассивации канала. Проблема в том, что диоксид германия (GeO2) слабее, чем SiO2, и может поглощаться и растворяться водой, используемой для очистки подложек во время изготовления чипов. Что ещё хуже, процесс роста GeO2 сложно контролировать. Для идеального устройства требуется слой GeO2 в 1-2 нм толщиной, но в реальности сложнее сделать слой тоньше 20 нм.

Исследователи изучали разные альтернативы. Профессор из Стэнфорда, Кришна Сарасват [Krishna Saraswat], и его коллеги, подстегнувшие интерес к использованию германия в качестве альтернативного материала ещё в 2000-х, сначала изучали диоксид циркония, материал с высокой диэлектрической проницаемостью того типа, что используется сегодня в высокоскоростных транзисторах. На основе их работы группа из Imec в Бельгии изучили, что можно сделать со сверхтонким слоем кремния для улучшения интерфейса между германием и подобными материалами.

Но пассивация германия была серьёзно усовершенствована в 2011 году, когда команда профессора Шиничи Такаги [Shinichi Takagi] из Токийского университета продемонстрировала способ контроля роста германиевого изолятора. Сначала исследователи вырастили нанометровый слой ещё одного изолятора, оксида алюминия, на германиевом канале. После этого их разместили в кислородной камере. Часть кислорода прошла через слой оксида алюминия к находящемуся внизу германию, и смешалась с ним, сформировав тонкий слой оксида (соединение германия с кислородом, но технически не GeO2). Оксид алюминия не только помогает контролировать рост, но и служит защитным покрытием для менее стабильного слоя.

Нанопроводные каналы

Несколько лет назад, вдохновившись этим открытием и учитывая сложности создания pFET с каналами из A III B V , моя группа в Пердью начала исследовать способы создания транзисторов на германиевых каналах. Мы начали с использования подложек с германием на изоляторе, разработанных французским производителем Soitec. Это стандартные кремниевые подложки с изолирующим слоем, находящимся под 100 нм слоем германия.

С этими подложками можно создавать транзисторы, у которых все стандартные части – исток, канал и сток – сделаны из германия. Производителю транзисторов не обязательно следовать такой конструкции, но нам так было проще изучать основные свойства германиевых устройств.

Одним из первых препятствий стала борьба с сопротивлением между истоком и стоком транзистора и металлическими электродами, соединяющими их с внешним миром. Сопротивление возникает из-за естественного электронного барьера Шоттки, появляющегося в месте контакта металла и полупроводника. Кремниевые транзисторы без устали оптимизировали для минимизации этого барьера, так, чтобы переносчикам заряда было легко его преодолевать. Но в германиевом устройстве требуются хитрые инженерные решения. Благодаря нюансам электронной структуры дырки легко перемещаются из металла в германий, а вот электроны – не очень. Это значит, что у nFET, полагающихся на передвижения электронов, будет очень большое сопротивление, потери тепла и тока.

Стандартный способ сделать барьер тоньше – добавить больше легирующей примеси к истоку и стоку. Физика процесса сложна, но представить её можно так: больше атомов примеси привносят больше свободных зарядов. При изобилии свободных переносчиков заряда электрическое взаимодействие между металлическими электродами и полупроводниковыми истоком и стоком усиливается. Это и помогает усиливать туннельный эффект.

К сожалению, с германием такая технология работает хуже, чем с кремнием. Материал не выдерживает больших концентраций легирующих примесей. Но мы можем использовать те места, где плотность примесей максимальна.

Для этого воспользуемся тем, что в современные полупроводники примеси добавляются сверхвысокими электрическими полями, заталкивающими ионы в материал. Некоторые из этих атомов сразу останавливаются, иные же проникают глубже. В результате вы получите нормальное распределение: концентрация атомов примесей на некоторой глубине будет максимальной, а затем при перемещении вглубь или в обратном направлении будет уменьшаться. Если мы заглубим электроды истока и стока в полупроводник, мы можем поместить их в места наивысшей концентрации атомов примеси. Это кардинально уменьшает проблему сопротивления контактов.

Контакты погружаются на глубину максимальной концентрации атомов примесей

Вне зависимости от того, будут ли производители чипов использовать такой подход для уменьшения барьера Шоттки в германии, это полезная демонстрация его возможностей. В начале нашего исследования лучшее, что показывали германиевые nFET, это токи в 100 мкА на каждый мкм ширины. В 2014 году на симпозиуме VLSI Technology and Circuits на Гавайях мы сообщили о германиевых nFET, способных пропускать уже в 10 раз больше тока, что примерно сравнимо с кремнием. Через шесть месяцев мы продемонстрировали первые контуры, содержащие германиевые nFET и pFET, необходимое предварительное условие для изготовления современных логических микросхем.

С тех пор мы использовали германий для постройки более продвинутых транзисторов, таких, как FinFET – современный уровень техники. Мы даже делали нанопроводные транзисторы на германии, которые в ближайшие годы могут заменить FinFET.

Эти разработки потребуются для того, чтобы германий стали использовать в массовом производстве, поскольку с их помощью можно лучше контролировать канал транзистора. Благодаря небольшой запрещённой зоне германия, такой транзистор требует всего четверти энергии, необходимой для переключения в проводящее состояние кремниевого транзистора. Это открывает возможности для низкоэнергетической работы, но это же делает более вероятной и утечку тока в то время, когда он этого делать не должен. Устройство с лучшим контролем над каналом позволит изготовителям использовать малую запрещённую зону без компромиссов с быстродействием.

Мы взяли хороший старт, но у нас ещё есть работа. Например, необходимы дополнительные эксперименты с подложками, которые должны показать транзисторы с высококачественными германиевыми каналами. Также необходимо внести улучшения в дизайн для ускорения.

Конечно, германий – не единственный вариант для транзисторов будущего. Исследователи продолжают изучать составы A III B V , которые можно использовать как вместе с германием, так и обособленно. Количество возможных улучшений транзисторов огромно. В этот список входят транзисторы на углеродных нанотрубках, вертикально ориентированные переключатели, трёхмерные контуры, каналы из смеси германия и олова, транзисторы, основанные на принципе квантового туннелирования.

В ближайшие годы, возможно, мы адаптируем какие-то из перечисленных технологий. Но добавление германия – даже в смеси с кремнием – это решение, которое позволит производителям продолжать улучшение транзисторов уже в ближайшем будущем. Германий, изначальный материал эры полупроводников, может стать панацеей её следующего десятилетия.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *