Vad är en Germanium-transistor?
En germanium-transistor är en variation på en standardtransistor byggd på elementet kisel, där i stället en kisel-kisel-germanium-legering ofta används för att öka överföringshastigheten för elektriska signaler. Individuell elektrisk komponenthastighet läggs upp som ett aggregerat, och därför kan en germanium-transistoruppsättning öka processhastigheten för en krets avsevärt. Germanium-transistorn föregick tidigare kiseldesign, och de användes ofta på 1950- och 60-talet. Deras genomströmningshastighet eller lägre avstängningsspänning är överlägsen kisel, men idag har de bara specialiserade applikationer.
Halvledare germanium-kiseltransistorer är också legerade med indium, gallium eller aluminium och har använts som ersättare för ett annat alternativ till rena kiseltransistor-arrayer, de som är byggda på gallium-arsenid. Vid solcellsapplikationer används germanium och gallium-arsenid tillsammans eftersom de har liknande kristallgittermönster. Optikapplikationer är en vanlig plats där en germaniumtransistor används nu, delvis eftersom ren germaniummetall är transparent för infraröd strålning.
Germanium-legeringar erbjuder förbättrade överföringshastigheter i höghastighetskretsar över kisel, men de är inte utan sina nackdelar. De flesta egenskaper hos en germaniumtransistor faller under egenskaperna hos en standardkiseltransistor, inklusive den maximala effektfördelningen de erbjuder, vid cirka 6 watt mot över 50 watt för kisel, och lägre nivåer av strömförstärkning och driftsfrekvenser. Germanium-transistorn har också dålig temperaturstabilitet jämfört med kisel. När temperaturen ökar tillåter de mer ström att passera, vilket så småningom resulterar i utbränning, och kretsar måste utformas för att förhindra denna möjlighet.
En av de största nackdelarna med en germanium-transistor är att den visar strömläckage på grund av att Germanium tenderar att utveckla skruvförskjutningar. Dessa är fina utväxtar av den kristallina strukturen, känd som whiskers, som med tiden kan kortsluta en krets. Aktuellt läckage på över 10 mikro ampere kan vara ett sätt att bestämma att en transistor är byggd på en bas av germanium istället för kisel.
Jämfört med kisel är germanium en sällsynt och dyr metall att bryta. Medan kisel är lätt att erhålla som kvarts i rå form, är processen med att förädla halvledarkvalitetskisel (SGS) fortfarande mycket teknisk. Ändå utgör det inte de hälsorisker som germanium gör, där germanium och germaniumoxid som produceras i raffineringsprocessen har visat sig ha neurotoxiska effekter på kroppen.
Även om germanium främst används som transistorer i solcells- och optiska applikationer, används germaniumdioden också som en elektrisk komponent på grund av dess lägre avstängningsspänning på cirka 0,3 volt mot 0,7 volt för kiseldioder. Denna unika fördel med germanium-halvledarkomponenter gör dem till ett mål för införlivande i framtida höghastighetskomponenter, såsom kisel-germanium-koltransistor. Sådana transistorer erbjuder de lägsta ljudöverföringsnivåerna och är bäst lämpade för radiofrekvensapplikationer för oscillatorer, trådlös signalöverföring och förstärkare. Detta återspeglar det faktum att en av de ursprungliga användningarna för germaniumkomponenter för decennier sedan var inom radiodesign.