科學(xué)家首次成功地在硅上集成50μm的厚鍺
——構(gòu)造單片半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)技術(shù)取得突破

瑞士和意大利的科學(xué)家在2012年3月30日出版的 《科學(xué)》雜志上指出，他們?cè)诠枭蠘?gòu)造單片半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)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(gòu)幾乎完美無缺，最新的研究將讓包括X射線技術(shù)在內(nèi)的多個(gè)領(lǐng)域受益。

微電子設(shè)備幾乎離不開硅，硅價(jià)格低廉、儲(chǔ)藏豐富且堅(jiān)固耐用。但硅也并非萬(wàn)能，有些材料的性能也比硅強(qiáng)，因此科學(xué)家正在想方設(shè)法地讓硅同鍺等其它半導(dǎo)體材料 “聯(lián)姻”，以獲得這兩種材料的最好性能，拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域。

然而，讓硅和其它半導(dǎo)體 “聯(lián)姻”并非易事。過去，科學(xué)家們需要利用昂貴且耗時(shí)的焊接技術(shù)，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(yīng)力下，硅晶圓會(huì)變形，鍺層也會(huì)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(xué)院、瑞士電子學(xué)與微電子科技中心 （CESM）、意大利米蘭理工大學(xué)以及米蘭—比可卡大學(xué)的科學(xué)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(gòu)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(zhǎng)為2μm、高為8μm的細(xì)小圓柱蝕刻成廉價(jià)的硅基座，并在極端的環(huán)境下讓鍺晶體在硅柱上生長(zhǎng)。

這一過程可制造出任何厚度的沒有瑕疵的硅-鍺層。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室制造出的最厚的鍺結(jié)構(gòu)為50 μm，是以前的10倍。瑞士聯(lián)邦理工學(xué)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(huì)從硅上剝落下來?！彼J(rèn)為，新方法能制造出100μm厚的鍺層，而且不需要特殊技術(shù)就可以將這些材料焊接在一起。

該研究團(tuán)隊(duì)的初衷是制造出一款單體種植在讀出電子設(shè)備上的X射線探測(cè)器。該探測(cè)器需要數(shù)百萬(wàn)個(gè)能同時(shí)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(cè)器都很昂貴。馮-卡納爾強(qiáng)調(diào)： “最新的研究使科學(xué)家們能制造出最高分辨率的X射線探測(cè)器，而且成本也不貴。

高分辨率和靈敏度能保證手術(shù)中用到的X射線的劑量最少，確保醫(yī)療手術(shù)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(diǎn)。不過，研究人員也表示，基于新技術(shù)制造出來的X射線設(shè)備還需要幾年才能問世。

另外，最新技術(shù)還可用于在機(jī)場(chǎng)進(jìn)行行李掃描的X射線設(shè)備上，用于測(cè)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(zhǎng)太陽(yáng)光的高效疊層太陽(yáng)能電池 （已被用于航空航天領(lǐng)域）。另外，科學(xué)家們也希望最新技術(shù)能被用于砷化鎵或者碳化硅等材料上。

（摘自中國(guó)科技網(wǎng)）