Qu'est-ce qu'un transistor Germanium?
Un transistor au germanium est une variante d'un transistor standard construit sur l'élément silicium, un alliage silicium-silicium-germanium étant généralement utilisé pour augmenter la vitesse de transmission des signaux électriques. La vitesse des composants électriques individuels s’additionne, ce qui permet à un réseau de transistors au germanium d’augmenter considérablement la vitesse de traitement d’un circuit. Le transistor au germanium a précédé les conceptions standard en silicium, et ils étaient couramment utilisés dans les années 1950 et 60. Leur vitesse de traitement ou leur tension de coupure inférieure est supérieure à celle du silicium, mais ils n’ont aujourd’hui que des applications spécialisées.
Les transistors semiconducteurs au silicium et au germanium sont également alliés à l’indium, au gallium ou à l’aluminium et ont été utilisés pour remplacer une autre alternative aux réseaux de transistors en silicium pur, ceux construits sur l’arséniure de gallium. Dans les applications de cellules solaires, le germanium et l'arséniure de gallium sont utilisés ensemble car ils présentent des motifs de réseau cristallin similaires. Les applications optiques sont un lieu commun où un transistor au germanium est maintenant utilisé, en partie parce que le germanium pur est transparent au rayonnement infrarouge.
Les alliages de germanium offrent des vitesses de transmission améliorées dans les circuits à grande vitesse sur silicium, mais ils ne sont pas sans inconvénients. La plupart des propriétés d’un transistor au germanium sont inférieures à celles d’un transistor au silicium standard, y compris la distribution de puissance maximale qu’elles offrent, à environ 6 watts, contre plus de 50 watts pour le silicium, ainsi que des niveaux inférieurs de gain de courant et de fréquences de fonctionnement. Le transistor au germanium a également une stabilité de température médiocre par rapport au silicium. Au fur et à mesure que la température augmente, ils laissent passer plus de courant, entraînant éventuellement leur extinction, et des circuits doivent être conçus pour éviter cette éventualité.
L'un des principaux inconvénients d'un transistor au germanium est qu'il affiche des fuites de courant en raison de la tendance du germanium à développer des dislocations de vis. Ce sont de fines excroissances de la structure cristalline, appelées moustaches, qui, avec le temps, peuvent court-circuiter un circuit. Une fuite de courant de plus de 10 micro-ampères peut être une méthode pour déterminer qu'un transistor est construit sur une base de germanium au lieu de silicium.
Comparé au silicium, le germanium est un métal rare et coûteux à exploiter. Alors que le silicium est facile à obtenir sous forme brute de quartz, le processus de raffinage du silicium de qualité semi-conductrice (SGS) reste très technique. Néanmoins, il ne présente pas les risques pour la santé que le germanium, car il a été démontré que le germanium et l'oxyde de germanium produits lors du processus de raffinage ont des effets neurotoxiques sur le corps.
Bien que le germanium soit principalement utilisé comme transistors dans les applications de cellules solaires et optiques, la diode au germanium est également utilisée en tant que composant électrique en raison de sa tension de coupure inférieure d’environ 0,3 volt à 0,7 volt pour les diodes au silicium. Cet avantage unique des composants à semi-conducteurs en germanium en fait une cible pour une intégration dans les futurs composants à grande vitesse, tels que le transistor silicium-germanium au carbone. Ces transistors offrent les niveaux de transmission de bruit les plus bas et sont les mieux adaptés aux applications radiofréquences pour oscillateurs, transmission de signal sans fil et amplificateurs. Cela reflète le fait que l'une des utilisations originales des composants en germanium il y a plusieurs décennies était la conception de la radio.