Was ist ein Germaniumtransistor?
Ein Germaniumtransistor ist eine Variante eines Standardtransistors, der auf dem Element Silizium aufgebaut ist. Stattdessen wird üblicherweise eine Silizium-Silizium-Germanium-Legierung verwendet, um die Übertragungsgeschwindigkeit elektrischer Signale zu erhöhen. Die Geschwindigkeit einzelner elektrischer Komponenten summiert sich zu einem Aggregat, und daher kann ein Germanium-Transistor-Array die Verarbeitungsgeschwindigkeit einer Schaltung erheblich erhöhen. Der Germaniumtransistor ist älter als Standard-Siliziumdesigns und wurde üblicherweise in den 1950er und 60er Jahren verwendet. Ihre Durchsatzgeschwindigkeit oder niedrigere Abschaltspannung ist Silizium überlegen, aber heute haben sie nur spezielle Anwendungen.
Halbleitertransistoren aus Germanium-Silizium sind ebenfalls mit Indium, Gallium oder Aluminium legiert und wurden als Ersatz für eine andere Alternative zu Transistoranordnungen aus reinem Silizium verwendet, die auf Gallium-Arsenid aufgebaut sind. In Solarzellenanwendungen werden Germanium und Galliumarsenid zusammen verwendet, da sie ähnliche Kristallgittermuster aufweisen. Optikanwendungen sind ein alltäglicher Ort, an dem ein Germaniumtransistor eingesetzt wird, auch weil reines Germaniummetall für Infrarotstrahlung transparent ist.
Germaniumlegierungen bieten verbesserte Übertragungsraten in Hochgeschwindigkeitsschaltungen gegenüber Silizium, sind jedoch nicht ohne Nachteile. Die meisten Eigenschaften eines Germanium-Transistors liegen unter denen eines Standard-Silizium-Transistors, einschließlich der maximalen Leistungsverteilung, die sie bieten, bei etwa 6 Watt gegenüber über 50 Watt für Silizium und niedrigeren Pegeln für Stromverstärkung und Betriebsfrequenzen. Der Germaniumtransistor weist im Vergleich zu Silizium auch eine schlechte Temperaturstabilität auf. Mit steigender Temperatur lassen sie mehr Strom fließen, was schließlich zu einem Durchbrennen führt, und die Schaltkreise müssen so ausgelegt sein, dass diese Möglichkeit vermieden wird.
Einer der größten Nachteile eines Germanium-Transistors besteht darin, dass er aufgrund der Tendenz von Germanium, Schraubenversetzungen zu entwickeln, Stromverluste aufweist. Dies sind feine Auswüchse der kristallinen Struktur, sogenannte Whisker, die mit der Zeit einen Stromkreis kurzschließen können. Ein Leckstrom von über 10 Mikroampere kann ein Verfahren sein, um zu bestimmen, dass ein Transistor auf einer Basis aus Germanium anstelle von Silizium aufgebaut ist.
Germanium ist im Vergleich zu Silizium ein seltenes und teures Metall. Während Silizium in Rohform leicht als Quarz erhältlich ist, ist das Verfahren zur Veredelung von Silizium in Halbleiterqualität (SGS) immer noch hochtechnisch. Nichtsdestotrotz birgt es keine Gesundheitsrisiken wie Germanium, bei dem nachgewiesen wurde, dass Germanium und Germaniumoxid, die beim Raffinierungsprozess entstehen, neurotoxische Wirkungen auf den Körper haben.
Obwohl Germanium hauptsächlich als Transistor in Solarzellen und optischen Anwendungen verwendet wird, wird die Germaniumdiode aufgrund ihrer niedrigeren Abschaltspannung von etwa 0,3 Volt gegenüber 0,7 Volt für Siliziumdioden auch als elektrisches Bauelement verwendet. Dieser einzigartige Vorteil von Germanium-Halbleiterkomponenten macht sie zum Ziel für den Einbau in zukünftige Hochgeschwindigkeitskomponenten wie den Silizium-Germanium-Kohlenstoff-Transistor. Solche Transistoren bieten die niedrigsten Rauschübertragungspegel und sind am besten für Hochfrequenzanwendungen für Oszillatoren, drahtlose Signalübertragung und Verstärker geeignet. Dies spiegelt die Tatsache wider, dass eine der ursprünglichen Verwendungen für Germaniumkomponenten vor Jahrzehnten im Radiodesign lag.