Хотя эти рабочие скорости были достигнуты при очень низких температурах, исследования показывают, что рекордные скорости при комнатной температуре не за горами, сказал профессор Джон Д. Кресслер, руководивший исследованием в Технологическом институте Джорджии. Информация об исследовании была опубликована в феврале 2014 года в IEEE Electron Device Letters.«Транзистор, который мы тестировали, был консервативной конструкции, и результаты показывают, что существует значительный потенциал для достижения аналогичных скоростей при комнатной температуре, что позволит потенциально изменить мир к прогрессу в области беспроводной и проводной связи с высокой скоростью передачи данных, а также обработки сигналов, — сказал Кресслер, заведующий кафедрой электроники в Технологической школе электротехники и вычислительной техники Джорджии. «Более того, я считаю, что эти результаты также указывают на то, что цель преодоления так называемого« терагерцового барьера », то есть достижение терагерцовых скоростей в надежном и технологичном кремний-германиевом транзисторе, находится в пределах досягаемости».
Между тем, добавил Кресслер, сам испытанный транзистор может быть практичным, как и в некоторых применениях при низких температурах. В частности, он может быть использован в его нынешнем виде для требовательных приложений электроники в космическом пространстве, где температура может быть чрезвычайно низкой.IHP, исследовательский центр, финансируемый правительством Германии, спроектировал и изготовил устройство — биполярный транзистор с гетеропереходом (HBT), изготовленный из наноразмерного сплава SiGe, встроенного в кремниевый транзистор.
Кресслер и его команда Технологического института Джорджии, в которую входили аспиранты Парта С. Чакраборти, Адилсон Кордозо и Брайан Р. Вайер, выполнили кропотливую работу по анализу, тестированию и оценке нового транзистора.«Результаты при рекордно низких температурах показывают потенциал для дальнейшего увеличения скорости транзистора до терагерцового (ТГц) диапазона при комнатной температуре. Это может помочь в применении технологий на основе кремния в областях, в которых сегодня преобладают сложные полупроводниковые технологии. В IHP, B. Хайнеманн, Х. Рукер и А. Фокс поддержали всю технологическую команду, работающую над разработкой следующего поколения ТГц транзисторов », — говорит Бернд Тиллак, возглавляющий технологический отдел IHP во Франкфурте (Одер), Германия.
Кремний, материал, используемый в производстве большинства современных микрочипов, не может конкурировать с другими материалами, когда речь идет о чрезвычайно высоких уровнях производительности, необходимых для определенных типов возникающих беспроводных и проводных коммуникаций, обработки сигналов, радаров и других приложений. Некоторые узкоспециализированные и дорогие материалы, такие как фосфид индия, арсенид галлия и нитрид галлия, в настоящее время доминируют в этих областях применения с высокими требованиями.Но кремний-германий меняет эту ситуацию.
В технологии SiGe небольшие количества германия вводятся в кремниевые пластины в атомном масштабе во время стандартного производственного процесса, существенно повышая производительность.Результатом стали передовые кремниево-германиевые устройства, такие как транзистор IHP Microelectronics 800 ГГц. Такие конструкции сочетают в себе чрезвычайно высокую производительность SiGe с традиционными преимуществами кремния — низкой стоимостью, высоким выходом, меньшим размером и высоким уровнем интеграции и технологичности — что делает кремний с добавленным германием весьма конкурентоспособным по сравнению с другими материалами.Кресслер и его команда продемонстрировали скорость транзистора 800 ГГц при 4,3 Кельвина (452 градуса ниже нуля по Фаренгейту).
Этот транзистор имеет напряжение пробоя 1,7 В, значение, которое подходит для большинства предполагаемых применений.Транзистор 800 ГГц был изготовлен с использованием 130-нанометрового процесса BiCMOS IHP, который имеет преимущество в стоимости по сравнению с современными крупномасштабными КМОП-технологиями.
Этот 130-нм процесс SiGe BiCMOS предлагается IHP в рамках многопроектной услуги по производству пластин.Команда Технологического института Джорджии использовала жидкий гелий для достижения чрезвычайно низких криогенных температур 4,3 Кельвина при достижении наблюдаемых скоростей 798 ГГц. «Когда мы тестировали транзистор IHP 800 ГГц при комнатной температуре во время нашей оценки, он работал на частоте 417 ГГц», — сказал Кресслер. «При такой скорости это уже быстрее, чем 98 процентов всех транзисторов, доступных прямо сейчас».