半导体行业之半导体材料特性（七）

尽管有这些优点，但是砷化镓材料仍不能取代硅材料进而变成主流的半导体材料。原因在于我们必须要在实际的材料性能和加工难度这两个关键因素之间进行权衡。虽然砷化镓电路的工作速度非常快，但大多数电子产品不需要非常高的运行速度，有中等的速度水平就够了，这是因实际的应用需求所决定的，并不是说性能好就行。

在材料性能方面，砷化镓，像锗，它们都不具有天然氧化物层。为了补偿它们缺失的这种氧化层，必须在砷化镓材料上面沉积单独的介电层，因为凭空增加了一道冗余的工序，所以这样做会导致器件的加工时间变长，产量也会降低。而且，砷化镓中有一半的原子是砷，这种材料具有毒性，是一种对人类非常危险的元素。

不幸的是，砷在正常工艺温度下就可以从化合物中蒸发，因此需要增加一些附加的措施来保证加工工人们的人身安全:增加压制层(帽)或加入一些内廷加工工序。这些增加的加工步骤延长了处理时间，进而增加了成本，并且降低了产量。

在GaAs晶体的生长阶段，这种蒸发的现象也会发生，导致加工出一些非均匀的晶体和晶圆片。这种不均匀性使加工出来的晶圆片非常不均匀，这直接导致晶圆片上不同位置处受力不均匀，在加工过程中容易断裂。并且生产大口径的砷化镓晶圆片的技术远远落后于同尺寸的硅晶圆片，直接导致生产效率的代际差异。

尽管存在这些问题，砷化镓仍然是一种重要的半导体材料，尤其是在一些高性能的应用需求上，这种材料将继续持续得以使用，并可能对未来的计算机性能的持续提升产生重大影响。

硅锗(SiGe)

 

硅锗GaAs半导体材料的一个竞争对手是硅锗(SiGe)材料。这种新的元素结合将晶体管速度提高到支持超高速无线电路系统和个人通信设备的水准。器件/集成电路结构将一层锗材料用超高真空/化学气相沉积(UHV/CVD)技术沉积到其结构中去。双晶体管是在锗层中形成的。不同于更简单的使用最常见的硅材料技术加工而成的晶体管，SiGe材料要求晶体管具有异质结构或垂直结结构。这些结构有几个层和特定的掺杂水平，这些新的设计维度可以允许电路工作在更高的频率上。

主要半导体生产材料与硅材料的比较可以从下面的图中所示中看到。

半导体材料

 

晶圆片是制造微芯片的传统方式，这一方式已经经过了非常多年的实际应用。但是随着半导体技术的不断发展以及人们对高性能电路的持续追求，实现更高的电气性能需要新的衬底，如硅上绝缘体(SOI)，如蓝宝石，以及金刚石上的硅(SOD)。钻石材料比硅材料可以实现更好的散热性能。另一种结构可以这样实现：用一层应变硅沉积在硅锗材料上。应变硅发生时，硅原子沉积是先沉积在绝缘体上，再沉积在Si/Ge (SOI)层上。

审核编辑：刘清