Wat is een Germanium-transistor?
Een germaniumtransistor is een variatie op een standaardtransistor gebouwd op het element silicium, waarbij in plaats daarvan gewoonlijk een silicium-silicium-germaniumlegering wordt gebruikt om de transmissiesnelheid van elektrische signalen te verhogen. De snelheid van de afzonderlijke elektrische componenten wordt opgeteld als een aggregaat en daarom kan een germanium-transistorarray de verwerkingssnelheid van een circuit aanzienlijk verhogen. De germanium-transistor dateert van vóór standaard siliciumontwerpen en ze werden veel gebruikt in de jaren vijftig en zestig. Hun doorvoersnelheid of lagere afgesneden spanning is superieur aan silicium, maar tegenwoordig hebben ze alleen gespecialiseerde toepassingen.
Halfgeleider-germanium-siliciumtransistoren zijn ook gelegeerd met indium, gallium of aluminium en zijn gebruikt als vervangers voor een ander alternatief voor zuiver silicium-transistorarrays, die zijn gebouwd op gallium-arsenide. In zonneceltoepassingen worden germanium en gallium-arsenide samen gebruikt, omdat ze vergelijkbare kristalroosterpatronen hebben. Optica-toepassingen zijn een veel voorkomende plaats waar nu een germaniumtransistor wordt gebruikt, deels omdat zuiver germaniummetaal transparant is voor infraroodstraling.
Germaniumlegeringen bieden verbeterde transmissiesnelheden in hogesnelheidscircuits boven silicium, maar ze zijn niet zonder hun nadelen. De meeste eigenschappen van een germaniumtransistor vallen onder die van een standaard siliciumtransistor, inclusief de maximale stroomverdeling die ze bieden, bij ongeveer 6 watt versus meer dan 50 watt voor silicium en lagere niveaus van stroomversterking en werkfrequenties. De germanium-transistor heeft ook een slechte temperatuurstabiliteit in vergelijking met silicium. Naarmate de temperatuur stijgt, laten ze meer stroom door, wat uiteindelijk resulteert in hun doorbranden, en circuits moeten worden ontworpen om deze mogelijkheid te voorkomen.
Een van de grootste nadelen van een germanium-transistor is dat deze stroomlekkage vertoont vanwege de neiging van germanium om schroefdislocaties te ontwikkelen. Dit zijn fijne uitgroeiingen van de kristallijne structuur, bekend als snorharen, die na verloop van tijd een kortsluiting kunnen veroorzaken. Stroomlekkage van meer dan 10 microampère kan een methode zijn om te bepalen dat een transistor is gebouwd op een basis van germanium in plaats van silicium.
Germanium is een zeldzaam en duur metaal in vergelijking met silicium. Terwijl silicium gemakkelijk te verkrijgen is als kwarts in ruwe vorm, is het raffinageproces van silicium van halfgeleiderkwaliteit (SGS) nog steeds een zeer technisch proces. Desalniettemin vormt het geen gezondheidsrisico's zoals germanium, waarbij is aangetoond dat germanium en germaniumoxide dat tijdens het raffinageproces wordt geproduceerd, neurotoxische effecten op het lichaam hebben.
Hoewel germanium hoofdzakelijk wordt gebruikt als transistoren in zonnecellen en optische toepassingen, wordt de germaniumdiode ook gebruikt als een elektrische component vanwege de lagere afsnijspanning van ongeveer 0,3 volt versus 0,7 volt voor siliciumdioden. Dit unieke voordeel van germanium halfgeleidercomponenten maakt ze een doel voor opname in toekomstige high-speed componenten, zoals de silicium-germanium koolstof transistor. Dergelijke transistoren bieden de laagste ruisoverdrachtsniveaus en zijn het meest geschikt voor radiofrequentietoepassingen voor oscillatoren, draadloze signaaloverdracht en versterkers. Dit weerspiegelt het feit dat een van de oorspronkelijke toepassingen voor germaniumcomponenten decennia geleden in radioontwerp was.