河北工业大学的刘玉岭教授借鉴了金-硅键合技术的特点对硅-硅直接键合技术进行了扩展，形成了一种新的硅-硅直接键合技术—Si-Ge共熔键合[1]，工艺流程如图1.9所示，主要的工艺为：在两个硅片表面淀积一层Ge，面对面重合，然后退火再结晶，键合完成，最后减薄和抛光。实质上是单晶Ge升温熔化后与Si共熔，在温度降低时共熔体重新结晶形成了一种新的硅锗半导体层而成为一体。Ge-Si 之间形成连续固熔体体系，相图如图1.10所示。
图1.9 Si-Ge共熔键合键合工艺过程
图1.10 Ge-Si 相图
1 —液相线，是组成不同的熔体开始析出晶体时的温度连线；
2 —固相线，是从组成不同的熔体中结晶终了时的温度连线
假设键合温度选1000℃, 开始时Ge刚熔化, 其原子数分数为100%，硅的原子数分数为0%（a点）。恒温一定时间，在两界面处硅开始溶解，沿1000℃温度线右移，液相中硅的原子数分数开始增加（如图1.11）。一定时间后到达b点（如图1.10）。这时全部Ge与硅形成Ge-Si液态共熔体（如图1.12）。此时共熔体中如果Ge或Si均不过量,则出现两相平均，析出合金晶体的速度等于合金晶体溶解的速度。但由于硅是过量的, 致使析出的合金晶体的速度大于合金晶体溶解的速度,开始析出合金晶体（如图1.13）。温度稳定一定时间后, 全部共熔体都形成GexSiy合金晶体析出(图1.10中的c点),即全部液相共熔体都转化成GexSiy合金晶体（如图1.14），两硅片通过GexSiy合金晶体连成一体而键合住。此时再降温,其固相成份不再变化。由相图计算出在1000℃时GexSiy合金晶体中锗原子数分数为78%,硅原子数分数为22%。
图1.11 Si开始熔于Ge 图1.12 Ge全部与Si形成GexSiy共熔体
图1.13 开始析出GexSiy合金晶体 图1.14 全部GexSiy共熔体转化成GexSiy晶体
用半导体材料Ge代替了金属材料金，可以避免金进入硅中减小少子寿命。但是，由于Si-Ge半导体层的共熔温度比较低，无法承受杂质扩散所需要的高温，不能够代替疏水键合技术用于高压器件。
