科學家首次成功地在硅上集成50μm的厚鍺——構造單片半導體結(jié)構技術取得突破

科學家首次成功地在硅上集成50μm的厚鍺
——構造單片半導體結(jié)構技術取得突破

瑞士和意大利的科學家在2012年3月30日出版的 《科學》雜志上指出，他們在硅上構造單片半導體結(jié)構方面取得了重大的突破，成功地在硅上集成了50μm的厚鍺；新結(jié)構幾乎完美無缺，最新的研究將讓包括X射線技術在內(nèi)的多個領域受益。

微電子設備幾乎離不開硅，硅價格低廉、儲藏豐富且堅固耐用。但硅也并非萬能，有些材料的性能也比硅強，因此科學家正在想方設法地讓硅同鍺等其它半導體材料 “聯(lián)姻”，以獲得這兩種材料的最好性能，拓展新的應用領域。

然而，讓硅和其它半導體 “聯(lián)姻”并非易事。過去，科學家們需要利用昂貴且耗時的焊接技術，但由于晶體網(wǎng)格內(nèi)有瑕疵，迄今為止，將厚的單片鍺層集成在硅上的嘗試屢屢失敗。另外，在熱應力下，硅晶圓會變形，鍺層也會開裂，從而使所得到的電子元件無法使用。

現(xiàn)在，由瑞士聯(lián)邦理工學院、瑞士電子學與微電子科技中心 （CESM）、意大利米蘭理工大學以及米蘭—比可卡大學的科學家們攜手找到了解決辦法。在研究中，他們并沒有使用連續(xù)一層鍺，而是用硅和嫁接在其上的單體結(jié)構的鍺制成的 “簇毛”制造出了一塊小型 “簇毛地毯”。 “簇毛”之間的距離僅為幾十 nm。為了制造出這些 “簇毛”，他們將邊長為2μm、高為8μm的細小圓柱蝕刻成廉價的硅基座，并在極端的環(huán)境下讓鍺晶體在硅柱上生長。

這一過程可制造出任何厚度的沒有瑕疵的硅-鍺層。他們在實驗室制造出的最厚的鍺結(jié)構為50 μm，是以前的10倍。瑞士聯(lián)邦理工學院的編外講師漢斯·馮-卡納爾說： “這樣厚度的連續(xù)一層鍺只會從硅上剝落下來?！彼J為，新方法能制造出100μm厚的鍺層，而且不需要特殊技術就可以將這些材料焊接在一起。

該研究團隊的初衷是制造出一款單體種植在讀出電子設備上的X射線探測器。該探測器需要數(shù)百萬個能同時起作用的像素以確保獲得很高的空間分辨率，因此需要至少50μm厚的鍺層才能確保足夠的靈敏度。但使用以前的方法制造出的大面積探測器都很昂貴。馮-卡納爾強調(diào)： “最新的研究使科學家們能制造出最高分辨率的X射線探測器，而且成本也不貴。

高分辨率和靈敏度能保證手術中用到的X射線的劑量最少，確保醫(yī)療手術能在直接成像的控制下操作，而使用目前的X射線方法無法做到這一點。不過，研究人員也表示，基于新技術制造出來的X射線設備還需要幾年才能問世。

另外，最新技術還可用于在機場進行行李掃描的X射線設備上，用于測試包裹起來的電子元件，用于制造每一層電池能吸收不同波長太陽光的高效疊層太陽能電池 （已被用于航空航天領域）。另外，科學家們也希望最新技術能被用于砷化鎵或者碳化硅等材料上。

（摘自中國科技網(wǎng)）