A félvezető anyagok a modern elektronika gerincét képezik, az okostelefonoktól a fejlett számítástechnikai rendszerekig. Ezen anyagok közül a germánium egyedi helyzetben van, saját jellemzőivel. Ebben a blogban, mint germánium -beszállító, belemerülni fogom arra, hogy a germánium összehasonlítja a többi félvezető anyagot a teljesítmény szempontjából.
Elektromos tulajdonságok
Zenekar
A félvezető sávszélessége egy kritikus paraméter, amely meghatározza az elektromos vezetőképességét és annak alkalmasságát a különböző alkalmazásokra. A germánium viszonylag keskeny sávszélessége körülbelül 0,67 eV szobahőmérsékleten. Összehasonlításképpen, a Szilícium, a legszélesebb körben használt félvezető, kb. 1,12 eV sávszélességgel rendelkezik. A keskenyebb sávszélesség azt jelenti, hogy a germániumnak kevesebb energiát igényel az elektronok izgatása a valencia sávból a vezető sávba. Ez az ingatlan a germánium -alapú eszközöket jobban reagál az alacsony energiajelekre, és potenciálisan nagyobb hordozó mobilitást biztosít számukra.
Például olyan nagy frekvenciájú alkalmazásokban, mint például a rádió -frekvencia (RF) áramkörök, a germánium keskeny sávszélessége gyorsabb váltási sebességhez vezethet. A germániumban lévő elektronok szabadon mozoghatnak, lehetővé téve a gyorsabb jelfeldolgozást. Ennek a keskeny sávszélességnek ugyanakkor hátránya is van. A germánium eszközök általában szobahőmérsékleten magasabb szivárgási áramokkal rendelkeznek, mivel az elektronok könnyebben átléphetik a sávot. Ez megnövekedett energiafogyasztást és az akkumulátor élettartamát eredményezheti a hordozható eszközökben.
Szállító mobilitás
A hordozó mobilitása egy másik fontos elektromos tulajdonság. A germániumnak szignifikánsan magasabb az elektron- és lyuk mobilitása a szilíciumhoz képest. A germánium elektronmobilitása körülbelül 3900 cm²/vs, míg szilíciumban körülbelül 1400 cm²/vs. A magasabb hordozó mobilitás azt jelenti, hogy a töltőhordozók gyorsabban mozoghatnak az anyagon keresztül, ami előnyös a nagy sebességű alkalmazásokhoz.
Az integrált áramkörökben a nagy hordozó mobilitás gyorsabb tranzisztor működését eredményezi. A germánium alapú tranzisztorok gyorsabban be- és kikapcsolhatnak, lehetővé téve a magasabb órasebességet a mikroprocesszorokban. Ez vonzóvá teszi a germániumot a jövőbeni nagy teljesítményű számítástechnikák számára, ahol a sebesség lényege.
Optikai tulajdonságok
Felszívódás és emisszió
A germánium kiváló optikai abszorpciós tulajdonságokkal rendelkezik az infravörös (IR) régióban. Körülbelül 1,8 μm -ig terjedő hullámhosszúsággal képes elnyelni a fényt, ami alkalmassá teszi az IR -detektorok és a fotodiódok számára. Ezzel szemben a szilícium sokkal rövidebb abszorpcióval csökkenti a hullámhosszot, jellemzően 1,1 μm körül. Ez a szilícium korlátozása a germániumot jobb választássá teszi azoknak az alkalmazásoknak, amelyek hosszabb - hullámhosszú IR -fény, például éjszakai - látáskészülékek és szálas - optikai kommunikációs rendszerek észlelését igénylik a közeli IR tartományban.
A germániumnak a fénykibocsátás is lehetősége van. Noha ez egy közvetett - bandgap félvezető, a kutatások kimutatták, hogy a megfelelő mérnöki munka során a germániumot a fény hatékonyabb kibocsátására lehet készíteni. Ez lehetőséget kínál a CHIP optikai kommunikációra, ahol a germánium - alapú fény - kibocsátó eszközöket integrálhatják más félvezető alkatrészekbe egyetlen chipen.
Törésmutató
A germánium viszonylag magas törésmutatóval rendelkezik, körülbelül 4,0 infravörös hullámhosszon. Ez a nagy törésmutató lehetővé teszi az anyagon belüli erős fény -anyag kölcsönhatást. Használható kompakt optikai alkatrészek, például lencsék és hullámvezetők megtervezésére. Például az infravörös képalkotó rendszerekben a germánium lencsék jobb fókuszálást és képminőséget biztosíthatnak, nagy törésmutatójuk miatt.
Termikus tulajdonságok
Hővezető képesség
A szilícium hővezetőképessége körülbelül 150 W/(m · k) szobahőmérsékleten, míg a germánium hővezető képessége körülbelül 60 W/(m · k). Az alacsonyabb hővezető képesség bizonyos alkalmazásokban hátrányt jelenthet, különösen a magas tápegységekben. Ezekben az eszközökben a hőeloszlás elengedhetetlen a túlmelegedés megakadályozásához és a megbízható működés biztosítása érdekében.
Bizonyos esetekben azonban a germánium alacsonyabb hővezető képessége is előnyt jelenthet. Például a hőelektromos alkalmazásokban az alacsony hővezetőképességű anyagokat kívánják, mivel hatékonyabban tudják fenntartani a hőmérsékleti gradienst, ami elengedhetetlen a hő villamos energiává történő átalakításához.
Összehasonlítás más félvezető anyagokkal
Gallium arzenid (GAAS)
A GAAS egy másik jól ismert félvezető anyag, amelyet gyakran nagy sebességű és optoelektronikus alkalmazásokban használnak. A GAAS -nak közvetlen sávja van, amely kiváló fényt nyújt - kibocsátó és lézer - generációs képességeket, mint a germánium. A hordozó mobilitása szempontjából a GAAS elektronmobilitása körülbelül 8500 cm²/vs, ami magasabb, mint a germániumé.
A GAAS -t azonban drágább a termelés, mint a germánium. A germánium költségek lehetnek - hatékony alternatíva azokhoz az alkalmazásokhoz, ahol a GAAS magas fényű hatékonysága nem szükséges szigorúan, de továbbra is nagy sebességű működésre van szükség.
Cink -szulfid kristály (ZNS)
Cink -szulfid kristály (ZNS)fontos anyag az infravörös optika területén. A ZNS -nek jó optikai átvitele van az infravörös régióban, és gyakran használják infravörös ablakokban és lencsékben. A germániumtól eltérően, a ZNS -t általában nem használják félvezetőként az elektronikus eszközöknél. Fő előnye az optikai tulajdonságaiban rejlik, mint például a nagy transzmittancia és az alacsony abszorpció az infravörös tartományban.
A germánium viszont ötvözi az elektronikus és az optikai tulajdonságokat. Használható nemcsak optikai alkatrészekben, hanem elektronikus áramkörökben is. Tehát, ha egy alkalmazáshoz mind elektromos, mind optikai funkciót igényel egyetlen chipnél, akkor a germánium jobb választás lehet, mint a ZNS.
Kalkogenid üveg
Kalkogenid üvegolyan típusú üvegfajta, amely kalkogén elemeket, például kén, szelén vagy telluriumot tartalmaz. A kalkogenid üveg kiváló infravörös átviteli tulajdonságokkal rendelkezik, és könnyen különféle formákba önthető. Gyakran használják infravörös lencsékben és száloptikában.
A ZNS -hez hasonlóan a kalkogenid üveg elsősorban optikai anyag. A germánium, félvezető tulajdonságaival, aktív optikai eszközök, például fotodetektorok és modulátorok létrehozására használható. Ez teszi a germániumot sokoldalúbbá, amikor az integrált optoelektronikus rendszerekről van szó.
A germánium alkalmazásai és előnyei
Nagysebességű elektronika
Mint korábban említettük, a germánium nagy hordozó mobilitása alkalmassá teszi a nagy sebességű elektronikára. Használható nagy frekvenciájú tranzisztorokban, RF áramkörökben és nagy sebességű adatkommunikációs rendszerekben. A jövőben, mivel a gyorsabb és hatékonyabb elektronika iránti igény tovább növekszik, a germánium egyre fontosabb szerepet játszhat a következő generációs mikroprocesszorok és a kommunikációs technológiák fejlesztésében.
Infravörös optoelektronika
A germánium kiváló infravörös abszorpciója és nagy törésmutatója ideálisvá teszi az infravörös optoelektronikus alkalmazásokhoz. Széles körben használják infravörös detektorokban, fotodiódokban és infravörös lencsékben. A katonai és repülőgép -alkalmazásokban a germánium alapú infravörös érzékelőket éjszakai látáshoz, célérzékeléshez és termikus képalkotáshoz használják.
Fotovoltaikus sejtek
A germánium fotovoltaikus sejtekben is használható. Keskeny sávszélessége lehetővé teszi, hogy a szilíciumhoz képest a napenergia -spektrum szélesebb tartományát felszívja. Azáltal, hogy a germániumot és más félvezető anyagokat egy multi -csomópontú napelemben kombináljuk, a napelem általános hatékonysága jelentősen javítható.
Következtetés
Összegezve: a germánium egyedi teljesítményjellemzőkkel rendelkezik, amelyek megkülönböztetik azt a többi félvezető anyagtól. Magas hordozó mobilitása, kiváló infravörös optikai tulajdonságai és különféle alkalmazásokban való felhasználás lehetősége értékes anyaggá teszi a félvezető iparban. Noha van bizonyos korlátai, mint például a magasabb szivárgási áramok és az alacsonyabb hővezetőképesség a szilíciumhoz képest, ezek enyhíthetők a megfelelő eszköztervezés és tervezés révén.
Mint germánium -szállító, jól vagyok - tisztában vagyok ennek az anyagnak a lehetőségeivel, és elkötelezett vagyok a magas színvonalú germánium termékek biztosításáért, hogy megfeleljen ügyfeleink változatos igényeinek. Ha érdekli, hogy feltárja a germánium alkalmazását az alkalmazásaiban, vagy bármilyen kérdése van termékeinkkel kapcsolatban,Germánium, kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot további megbeszélésekkel és beszerzési tárgyalásokkal.
Referenciák
- Sze, SM és NG, KK (2007). A félvezető eszközök fizikája. John Wiley & Sons.
- Madou, MJ (2002). A mikrofabrication alapjai: a miniatürizáció tudománya. CRC Press.
- Kasap, So (2016). Az elektronikus anyagok és eszközök alapelvei. McGraw - Hill oktatás.