Che cos'è un transistor al germanio?

Un transistor al germanio è una variazione su un transistor standard costruito sull'elemento silicio, dove, invece, una lega silicio-silicio-germanio viene comunemente utilizzata per aumentare la velocità di trasmissione dei segnali elettrici. La velocità dei singoli componenti elettrici si somma come aggregato e, quindi, un array di transistor al germanio può aumentare significativamente la velocità di elaborazione di un circuito. Il transistor al germanio precede i modelli standard di silicio ed erano comunemente usati negli anni '50 e '60. La velocità di produzione o la tensione di interruzione inferiore sono superiori al silicio, ma oggi hanno solo applicazioni specializzate.

I transistor a semiconduttore al silicio germanio sono anche legati con indio, gallio o alluminio e sono stati usati come sostituti di un'altra alternativa agli array di transistor in silicio puro, quelli costruiti su gallio-arsenide. Nelle applicazioni a celle solari, il germanio e il gallio-arsenuro sono usati insieme poiché hanno simili reticoli cristallini. Le applicazioni dell'ottica sono un luogo comune in cui un transistor al germanio è attualmente impiegato, in parte perché il metallo al germanio puro è trasparente alle radiazioni infrarosse.

Le leghe di germanio offrono velocità di trasmissione migliorate nei circuiti ad alta velocità sul silicio, ma non sono prive di inconvenienti. La maggior parte delle proprietà di un transistor al germanio scendono al di sotto di quelle di un transistor al silicio standard, inclusa la massima distribuzione di potenza che offrono, a circa 6 watt contro oltre 50 watt per il silicio e livelli più bassi di guadagno di corrente e frequenze operative. Il transistor al germanio ha anche una scarsa stabilità della temperatura rispetto al silicio. All'aumentare della temperatura, consentono a più corrente di passare, provocando infine il loro esaurimento, e i circuiti devono essere progettati per impedire questa possibilità.

Uno dei maggiori svantaggi di un transistor al germanio è che mostra perdite correnti dovute alla tendenza del germanio a sviluppare lussazioni delle viti. Questi sono escrescenze fini della struttura cristallina, conosciute come baffi, che, nel tempo, possono cortocircuitare un circuito. La dispersione di corrente di oltre 10 micro-ampere può essere un metodo per determinare che un transistor è costruito su una base di germanio anziché silicio.

Rispetto al silicio, il germanio è un metallo raro e costoso da estrarre. Mentre il silicio è facile da ottenere come quarzo in forma grezza, il processo di raffinazione del silicio di grado semiconduttore (SGS) è ancora altamente tecnico. Tuttavia, non pone i rischi per la salute del germanio, in cui è stato dimostrato che il germanio e l'ossido di germanio prodotti nel processo di raffinazione hanno effetti neurotossici sul corpo.

Sebbene il germanio sia utilizzato principalmente come transistor nelle celle solari e nelle applicazioni ottiche, il diodo al germanio viene anche impiegato come componente elettrico a causa della sua tensione di interruzione inferiore di circa 0,3 volt contro 0,7 volt per i diodi al silicio. Questo vantaggio unico dei componenti a semiconduttore al germanio li rende un obiettivo da incorporare in futuri componenti ad alta velocità, come il transistor al carbonio silicio-germanio. Tali transistor offrono i livelli di trasmissione del rumore più bassi e sono più adatti alle applicazioni in radiofrequenza per oscillatori, trasmissione del segnale wireless e amplificatori. Ciò riflette il fatto che uno degli usi originali per componenti al germanio decenni fa era nel design della radio.