Kaj je germanijev tranzistor?

Germanijev tranzistor je različica standardnega tranzistorja, zgrajenega na elementu silicij, kjer se namesto tega običajno uporablja silicij-silicij-germanijeva zlitina za povečanje hitrosti prenosa električnih signalov. Hitrost posamezne električne komponente se sešteva kot agregat, zato lahko niz germanijevih tranzistorjev znatno poveča hitrost obdelave vezja. Germanijev tranzistor je bil pred standardnimi silicijevimi zasnovami in so se običajno uporabljali v 1950. in 60. letih prejšnjega stoletja. Njihova pretočna hitrost ali nižja izklopna napetost je boljša od silicija, vendar imajo danes le specializirane aplikacije.

Polprevodniški germanijevi silicijevi tranzistorji so prav tako legirani z indijem, galijem ali aluminijem in so bili uporabljeni kot zamenjava za drugo alternativo tranzistorskim nizom čistega silicija, ki so zgrajeni na galijevem arzenidu. V aplikacijah sončnih celic se germanij in galijev arzenid uporabljata skupaj, saj imata podobne vzorce kristalne mreže. Optične aplikacije so običajno mesto, kjer se zdaj uporablja germanijev tranzistor, deloma zato, ker je čista kovina germanija prosojna za infrardeče sevanje.

Germanijeve zlitine ponujajo izboljšane hitrosti prenosa v vezjih za visoke hitrosti v primerjavi s silicijem, vendar niso brez svojih pomanjkljivosti. Večina lastnosti germanijevega tranzistorja pade pod lastnosti standardnega silicijevega tranzistorja, vključno z največjo porazdelitvijo moči, ki jo ponujajo, pri približno 6 vatov v primerjavi z več kot 50 vati za silicij ter nižjimi ravnmi tokovnega dobička in delovnih frekvenc. Germanijev tranzistor ima tudi slabo temperaturno stabilnost v primerjavi s silicijem. Ko se temperatura dvigne, prepuščajo več toka, kar sčasoma povzroči njihovo izgorevanje, zato je treba vezja oblikovati tako, da preprečijo to možnost.

Ena največjih pomanjkljivosti germanijevega tranzistorja je ta, da kaže uhajanje toka zaradi nagnjenosti germanija k razvoju vijačnih dislokacij. To so drobni izrastki kristalne strukture, znani kot brki, ki lahko sčasoma povzročijo kratek stik v vezju. Tokovno uhajanje več kot 10 mikroamperov je lahko metoda za ugotavljanje, da je tranzistor zgrajen na osnovi germanija namesto silicija.

V primerjavi s silicijem je germanij redka in draga kovina za pridobivanje. Medtem ko je silicij enostavno pridobiti kot kremen v surovi obliki, je postopek rafiniranja polprevodniškega silicija (SGS) še vedno zelo tehničen. Kljub temu ne predstavlja nevarnosti za zdravje kot germanij, kjer se je izkazalo, da imata germanij in germanijev oksid, proizvedena v procesu rafiniranja, nevrotoksične učinke na telo.

Čeprav se germanij uporablja predvsem kot tranzistorji v sončnih celicah in optičnih aplikacijah, se germanijeva dioda uporablja tudi kot električna komponenta zaradi nižje izklopne napetosti približno 0.3 volta v primerjavi z 0.7 volta za silicijeve diode. Zaradi te edinstvene prednosti germanijevih polprevodniških komponent so tarča za vgradnjo v prihodnje visokohitrostne komponente, kot je silicij-germanijev ogljikov tranzistor. Takšni tranzistorji ponujajo najnižje ravni prenosa hrupa in so najbolj primerni za radiofrekvenčne aplikacije za oscilatorje, brezžični prenos signala in ojačevalce. To odraža dejstvo, da je bila ena od prvotnih uporab germanijevih komponent pred desetletji v oblikovanju radia.