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第一章　SiGe技术的发展及其应用概述1

1.1　SiGe器件2

1.1.1　SiGe双极型器件2

1.1.2　SiGe场效应器件5

1.1.3　SiGe光电器件7

1.1.4　其他SiGe器件8

1.2　SiGe-HBT的主要应用9

1.2.1　SiGe放大器12

1.2.2　SiGe-A/D转换器13

1.2.3　SiGe振荡器14

1.2.4　SiGe混频器和倍增器、倍减器14

1.2.5　SiGe-HBT的其他应用15

1.3　IBM SiGe技术的早期历史16

1.3.1　SiGe技术的起源16

1.3.2　SiGe-UHV/CVD技术的发明16

1.3.3 最早采用UHV/CVD技术制作的Si外延基区晶体管17

1.3.4　IBM最早的SiGe基区晶体管17

1.3.5　PNP-SiGe晶体管18

1.3.6　fT为75GHz的SiGe基区晶体管18

1.3.7　SiGe外延基区晶体管（ETX）18

1.3.8　SiGe技术的后续工作18

1.4　SiGe的主要厂商、工艺及代表产品19

1.4.1　SiGe技术的两种主要工艺19

1.4.2　IBM的SiGe-BiCMOS工艺及产品20

1.4.3　Atmel的SiGe技术24

1.4.4　Maxim的SiGe技术26

1.4.5　Jazz半导体公司的SiGe技术26

1.4.6　TSMC（台积电）的SiGe技术27

1.4.7　SiGe半导体公司27

1.4.8　Sirenza Microdevices的SiGe技术28

1.5　SiGe技术的市场和前景29

1.6　SiGe薄膜的制备工艺概述30

1.7　开发SiGe-HBT工艺的途径32

1.7.1　采用低温外延技术淀积SiGe32

1.7.2　SiGe-BiCMOS的工艺集成33

1.7.3　SiGe-HBT的制作34

1.7.4　其他元件的工艺技术34

1.8　SiGe技术的国内发展动态34

参考文献36

第二章　Si1-xGex的基本物理特性37

2.1　Si1-xGex合金的晶格和一般性质37

2.1.1　Si1-xGex合金的相图37

2.1.2　Si1-xGex合金的晶体结构38

2.1.3　Si1-xGex合金的力学性质39

2.1.4　Si1-xGex合金的晶格失配和赝晶生长的临界厚度41

2.1.5　SiGeC合金薄膜45

2.2　Si1-xGex合金的能带和载流子48

2.2.1　Si1-xGex体合金的能带结构48

2.2.2　应变对Si1-xGex合金能带结构的影响53

2.2.3 SiGeC合金的能带结构61

2.2.4　Si1-xGex合金中载流子的有效质量62

2.3　Si1-xGex合金中载流子的迁移率65

2.3.1　Si1-xGex合金中载流子迁移率的概念65

2.3.2　应变Si1-xGex合金中载流子的迁移率66

2.3.3　SiGeC合金中载流子的迁移率71

2.4　Si1-xGex合金的晶格振动和热力学性质72

2.4.1　Si1-xGex合金中的声子及其色散关系72

2.4.2　Si1-xGex合金的热学性质75

2.5　Si1-xGex合金的光学特性77

2.5.1　Si1-xGex合金的折射率和光吸收系数77

2.5.2　Si1-xGex合金的声子散射光谱82

2.5.3　Si1-xGex合金的带边发光光谱85

参考文献89

第三章　应变硅技术原理91

3.1　影响载流子迁移率的主要因素92

3.1.1　载流子有效质量92

3.1.2　载流子遭受散射的概率94

3.2　应变对载流子迁移率的影响94

3.2.1　应变Si中电子的迁移率94

3.2.2　应变Si中空穴的迁移率98

3.2.3　外加应变对Si载流子迁移率的影响101

3.2.4　应变增强载流子迁移率的机理103

3.3　应变Si器件简介105

参考文献113

第四章　SiGe异质结构114

4.1　半导体异质结的基本概念114

4.2　Si/Si1-xGex异质结118

4.2.1　Si1-xGex异质结的能带配置118

4.2.2　Si/Si1-xGex异质结带边的能量突变量119

4.3　Si-Ge量子阱124

4.3.1　SiGe/Si量子阱的带边发光125

4.3.2　SiGe/Si量子阱的子带间跃迁的光吸收128

4.4　Si-Ge超晶格131

4.4.1　SiGe超晶格的应变对称外延技术131

4.4.2　Si-Ge短周期超晶格的能带结构和性质133

4.4.3　Si-Ge短周期超晶格的非线性光学效应135

4.4.4　Si-Ge短周期超晶格的发光特性136

4.4.5　Si-Ge短周期超晶格的调制反射光谱139

4.4.6　Si-Ge短周期超晶格的应用性能140

4.5　Si/Si1-xGex异质结构中二维载流子气的磁输运性质142

4.6　金属与应变Si1-xGex的接触145

4.6.1　金属／Si1-xGex接触145

4.6.2　金属／SiGeC接触148

4.6.3　金属／应变Si的接触界面149

4.7　Si1-xGex异质结构的应用举例151

4.7.1　Si1-xGex双极反型沟道场效应晶体管151

4.7.2　SiGe谐振隧穿二极管154

4.7.3　多晶SiGe器件160

4.7.4　SiGe-I2L逻辑器件161

4.7.5　SiGe传感器件162

4.7.6　SiGe红外探测器163

参考文献168

第五章　SiGe材料的主要制备技术169

5.1　分子束外延170

5.1.1　设备的基本构造170

5.1.2　设备的校准172

5.1.3　外延生长174

5.2　化学气相淀积180

5.2.1　超高真空化学气相淀积180

5.2.2　减压化学气相淀积182

5.2.3　低压化学气相淀积184

5.2.4　快速热处理CVD185

5.3　选择性外延生长技术186

5.4　SiGe材料的表征技术188

5.4.1　X射线衍射188

5.4.2　原子力显微镜190

5.4.3　霍耳测量192

5.4.4　二次离子质谱193

5.4.5　透射电子显微镜193

参考文献194

第六章　Si/SiGe异质结双极型晶体管195

6.1　Si/SiGe异质结196

6.1.1 Si/SiGe半导体异质结的注入比196

6.1.2　理想突变SiGe异质结的伏安特性200

6.2　Si/SiGe异质结双极型晶体管201

6.2.1　HBT的增益201

6.2.2　SiGe异质结双极型晶体管技术203

6.2.3　Si/SiGe异质结双极型晶体管的频率特性206

6.2.4　Si/SiGe异质结双极型晶体管的噪声207

6.2.5　Si/SiGe异质结双极型晶体管的Early电压226

6.3　SiGe-HBT技术的应用及发展趋势230

6.3.1　SiGe-HBT技术在微波／射频通信领域中的应用230

6.3.2　通信领域中微电子技术应用的现状及发展趋势——SiGe-BICMOS和RF-CMOS233

6.4　SiGe-HBT的模拟与设计250

6.4.1　双极型晶体管（BJT）模型250

6.4.2　SiGe材料的物理参数模型265

6.4.3　SiGe-HBT的模拟272

6.5　SiGe-HBT基区、发射区和集电区的设计273

6.5.1　SiGe-HBT基区的设计考虑273

6.5.2　SiGe-HBT集电极的设计考虑281

6.5.3　SiGe-HBT发射区的设计考虑283

6.5.4　SiGe-HBT横向结构尺寸的设计考虑283

6.6　SiGe-HBT及电路的材料参数设计和版图设计285

6.7　SiGe-HBT及电路的制造工艺287

6.7.1　SiGe台面器件的工艺流程288

6.7.2　SiGe准台面器件的工艺流程及分立器件的制造工艺291

6.7.3　SiGe-IC的研制技术297

6.7.4　SiGe-HBT的欧姆接触和SiGe材料的干法／湿法腐蚀及其检测300

6.7.5　SiGe-HBT的光刻技术303

参考文献306

第七章　Si/SiGe异质结场效应晶体管309

7.1　SiGe异质结场效应晶体管概述310

7.2　SiGe P沟道异质结场效应晶体管的设计考虑315

7.2.1　SiGe层的厚度与Ge组分315

7.2.2　氧化层和硅盖帽层的厚度317

7.2.3　沟道掺杂和阈值电压调节317

7.2.4　N+多晶硅栅与P+多晶硅栅318

7.3　SiGe异质结场效应MOS晶体管的实践319

7.3.1　Si1-xGexP型MOSFET319

7.3.2　Ge沟道P-MOSFET323

7.3.3　SiC/SiGeC沟道P型MOSFET324

7.3.4　Si1-yCy的P-MOSFET325

7.3.5　纵向MOSFET328

7.3.6　应变硅P型异质结MOSFET331

7.3.7　应变硅N型MOSFET336

7.3.8　SOI/SOS上的MOSFET339

7.4　SiGe异质结调制掺杂场效应晶体管的实践341

7.4.1　SiGe沟道P-MODFET341

7.4.2　SiGeP-MODFET的制造342

7.4.3　应变Si N-MODFET346

7.4.4　Ge沟道P-MODFET348

7.4.5　互补的异质结MOSFET349

7.4.6　性能比较352

7.5　SiGe异质结场效应晶体管的应用概述353

7.5.1　SiGe异质结场效应MOS晶体管的应用353

7.5.2　SiGe异质结调制掺杂场效应晶体管的应用353

参考文献355

第八章　应变硅器件与电路357

8.1　应变硅器件概述358

8.1.1　产生应变的几种主要方法358

8.1.2　应变Si/SiGeMOS器件的未来发展方向358

8.2　应变Si-MOSFET359

8.2.1　应变Si N-MOSFET361

8.2.2 应变Si P-MOSFET362

8.3　绝缘层上应变Si（SSOI）-MOSFET364

8.4　直接绝缘层上应变Si364

8.5　应变Si双极器件365

8.6　模拟应用的应变Si器件367

8.7　应变Si-HFET368

8.8　Si/SiGe异质结CMOS369

8.9　应变沟道功率MOSFET370

8.10　绝缘层上SiGe（SGOI）衬底的制备371

8.11　应变硅电路373

8.11.1　环形振荡器374

8.11.2　静态4-与非电路375

8.11.3　自复位CMOS4-与非电路376

8.11.4　锁存器376

8.11.5　SOI上的应变Si电路377

8.11.6　微处理器377

参考文献378

第九章　SiGe在光电子领域的应用379

9.1　Si1-xGex的基本光学性质380

9.2　SiGe光电探测器和红外探测器381

9.2.1　量子效率、响应度和噪声381

9.2.2　雪崩光电二极管382

9.2.3　量子阱光电探测器383

9.2.4　异质结光电三极管384

9.2.5　MSM光电探测器385

9.2.6　肖特基势垒光电探测器388

9.2.7　异质结内光电发射探测器388

9.2.8　Ge光电二极管390

9.2.9　PIN光电二极管391

9.2.10　微腔光电二极管392

9.3　SiGe光电接收器393

9.4　光波导、光开关和路由器394

9.4.1　光波导394

9.4.2　光波导开关396

9.5　Si/SiGe量子级联激光器397

9.6　SiGe-LED397

9.7　SiGe太阳能电池398

参考文献400