¿Por qué generalmente se prefiere el silicio sobre el germanio para la fabricación de dispositivos semiconductores?

Answer 1

Se prefiere el silicio por varias razones, algunas de las cuales no están directamente relacionadas con las propiedades de los semiconductores.

Hay más en un semiconductor que solo el semiconductor. El germanio es posiblemente “mejor” que el silicio para algunas cosas. Por ejemplo, tiene una mayor movilidad de electrones … los electrones se mueven más rápido al mismo voltaje aplicado.

El ace-in-the-hole de Silicon es la interfaz estable de semiconductores de óxido que se forma con [math] SiO_2 [/ math]. Esto es lo que impulsó al silicio al frente de la clase en la década de 1960. Una interfaz de óxido de alta calidad es clave para hacer transistores de efecto de campo (MOSFET). El óxido de germanio es soluble en agua, lo que lo hace inútil para la fabricación de MOSFET en los primeros días (ahora sabemos lo suficiente como para resolver eso). Además, el intervalo de banda más pequeño del germanio hace que el sustrato sea relativamente permeable (… conduce una corriente no deseada). Eso también es posiblemente solucionable con la tecnología actual.

Si bien los grandes transistores son deseables, el objetivo real es la integración , poner miles de millones de transistores en el mismo chip. Un óxido estable y un buen aislamiento del sustrato fueron claves para el éxito del silicio.

(Por cierto, el germanio fue el primer semiconductor utilizado para los transistores porque se purifica más fácilmente que el silicio).

Answer 2

Con mucho, el silicio (Si) es el material más utilizado en dispositivos semiconductores. Su combinación de bajo costo de materia prima, procesamiento relativamente simple y un rango de temperatura útil lo convierten en el mejor compromiso entre los diversos materiales de la competencia. El silicio utilizado en la fabricación de dispositivos semiconductores se fabrica actualmente en bolas que tienen un diámetro lo suficientemente grande como para permitir la producción de obleas de 300 mm (12 pulg.).
El germanio (Ge) fue un material semiconductor temprano ampliamente utilizado, pero su sensibilidad térmica lo hace menos útil que el silicio. Hoy, el germanio a menudo se alea con silicio para su uso en dispositivos Si-Ge de muy alta velocidad; IBM es un importante productor de tales dispositivos.
(Fuente: Wikipedia)

Answer 3

El silicio está disponible en abundancia en la corteza terrestre, por lo que está fácilmente disponible y resulta en un bajo costo
Tenía un rango de temperatura utilizable limitado, una operación de menor voltaje y una mayor corriente de fuga.

Con un mayor desarrollo, el silicio demostró ser superior, aunque a las frecuencias operativas más altas, los compuestos de los elementos del grupo III y del grupo VI son superiores, por ejemplo. Arseniuro de galio.

El silicio tiene un mejor rango de temperatura, menos fugas y es más barato, algo que aseguró su progreso.

La única llamada realmente duradera para componentes de germanio en la era del silicio fue para diodos de señal pequeños de germanio, donde su caída de voltaje más baja era a menudo una característica deseable.

Sin embargo, el germanio también se está utilizando para compensar las pérdidas debidas al silicio. Los FinFET se utilizan actualmente en la industria de escalado (14 nm) para reducir la corriente de fuga y desarrollar la densidad de integración y el rendimiento de los chips.
Los estudios han establecido que los finfets de germanio ofrecen un mayor rendimiento en comparación con el silicio y ayudan a reducir los efectos de los canales cortos en mayor medida.

Answer 4

Si bien el germanio tiene muchas ventajas como semiconductor, adolece de no tener un óxido nativo estable. El dióxido de germanio es ligeramente soluble en agua y, por lo tanto, requiere pasivación / protección adicional.

En contraste, el dióxido de silicio es extremadamente estable y hace una pasivación excelente y un dieléctrico razonable.

La diferencia en las reactividades de los óxidos nativos es lo que empujó al silicio por delante del germanio cuando se desarrollaron por primera vez los circuitos integrados.

Answer 5

1) El silicio es el octavo elemento más común en masa en la tierra, de fácil disponibilidad.

2) El silicio se puede oxidar fácilmente para formar una capa delgada de SiO2 (requerida debajo de la puerta) y se puede usar óxido grueso en otros lugares para aislar los componentes o pozos entre sí. Todo lo que se necesita es horno seco N2, H20 y temperatura controlada.

3) El silicio tiene una mayor brecha de banda en comparación con el germanio, por lo que podemos hacer dispositivos compactos, es decir, tecnología de menos de 20 nm. Esto también nos da más margen de error durante la fabricación, lo que a cambio es muy económico.

4) Hemos trabajado y gastado muchísimo dinero en Silicon, así que quiero explotarlo lo más posible.

5) Polisilicio fácil de fabricar que sirve como puerta para nodos tecnológicos de <45 nm.

Answer 6

Hay muchas razones por las que se prefiere el silicio sobre el germanio y son las siguientes.

1) El silicio se puede usar a temperaturas muy altas, pero el germanio se puede destruir fácilmente cuando se le da un exceso de calor. En la aplicación práctica, podemos usar estos semiconductores por encima de sus clasificaciones, por eso no se prefiere el germanio. Aunque el primer semiconductor estaba compuesto de germanio.

2) El Si es menos costoso que el germanio debido a la mayor abundancia de elementos. La principal materia prima para la fabricación de silicio es la arena y hay mucha arena disponible en la naturaleza.

3) El silicio tiene una mayor conductividad debido a la disponibilidad de electrones libres en su capa de valencia.

Answer 7

La razón más importante por la que se prefiere el Si sobre el Ge es que forma dióxido de silicio tras la oxidación. SiO2 es un muy buen agente pasivizante, tiene una alta constante dieléctrica y puede proteger el chip del entorno hostil. Solo se puede grabar con ácido HF. Por otro lado, el óxido de germanio se puede eliminar fácilmente con agua. Además, el Si es fácil y abundante y puede purificarse en gran medida.

Por lo tanto, aunque los primeros transistores se fabricaron con Ge, el Si se convirtió en material favorito para la fabricación de circuitos integrados.

Answer 8

El germanio tiene una movilidad superior al silicio, pero aún así se prefiere el silicio porque

1. La estabilidad térmica del silicio es mejor que el germanio, lo que ayuda en la fabricación y el funcionamiento en condiciones ambientales adversas.
2. El silicio forma fácilmente un óxido cuando está en contacto con un entorno externo, esto ayuda a construir la capa de óxido para el terminal Gate en el FET con un mínimo esfuerzo y costo.
3. Es abundante en la naturaleza.

Answer 9

Se prefiere el silicio sobre el germanio para la fabricación de dispositivos semiconductores como

1. A temperatura ambiente, un cristal de silicio tiene menos electrones libres que un cristal de germanio. Esto implica que el silicio tendrá una corriente de corte del colector mucho más pequeña ( ICBO ) que la del germanio. En general, con germanio, ICBO es de 10 a 100 veces mayor que con silicio. Los valores típicos de ICBO a 25 ° C (las cifras más utilizadas para la temperatura normal) para transistores de señal pequeña son:

Silicio: 0.01 µA a 1µA Germanio: 2 a 15 µA

2. La variación de ICBO con la temperatura es menor en silicio en comparación con germanio. Una regla general aproximada para el germanio es que ICBO se duplica aproximadamente con cada aumento de 8 a 10 ° C, mientras que en el caso del silicio, se duplica aproximadamente con cada aumento de 12 ° C.

3. La estructura del germanio se destruirá a una temperatura de aproximadamente 100 ° C. La temperatura máxima de trabajo normal del germanio es de 70 ° C, pero el silicio se puede operar hasta 150 ° C. Por lo tanto, los dispositivos de silicio no se dañan fácilmente por el exceso de calor.

4. Las clasificaciones PIV de los diodos de silicio son mayores que las de los diodos de germanio. Por ejemplo, las clasificaciones PIV de los diodos de silicio están en el vecindario de 1000V, mientras que las clasificaciones PIV de los diodos de germanio están cerca de 400V.

Answer 10

Hay muchas razones por las cuales se prefiere el silicio sobre el germanio. Los puntos más comunes son:

1. Mayor calificación inversa de pico de los dispositivos basados ​​en silicio en comparación con los de germanio.
2. La variación en el número de portadores de carga en silicio con temperatura es menor en comparación con la del germanio.
3. La principal materia prima para la fabricación de obleas de Si es la arena que es abundante. Por lo tanto, su costo de producción es menor en comparación con los dispositivos basados ​​en germanio.
4. Los cristales de germanio se destruyen a algunas temperaturas. Lo mismo es cierto para el silicio, pero el hecho es que esta temperatura para el silicio es mayor que la del germanio, por lo tanto, para aplicaciones de defensa y espacio, naturalmente, se preferiría un material que trabaje a temperaturas más altas sin fallas.
5. Para un dispositivo basado en silicio, digamos un transistor, la corriente de fuga de la base del colector estará más en el germanio debido a una banda prohibida más pequeña en el germanio que facilitará las cargas para saltar fácilmente a la banda de conducción desde la banda de valencia. Esta facilidad no está presente en el silicio. Por lo tanto, las pérdidas se reducen en dispositivos basados ​​en silicio.

Answer 11

Puede encontrar más datos aquí: la respuesta de Daniel Fishman a ¿Por qué el silicio es un material semiconductor ampliamente utilizado?

Por su formato de pregunta:

1. Si es barato .
2. Si tan abundante . Podemos continuar haciendo obleas de Si durante los próximos 100 años.
3. Si es el tercer material “más conocido” para la ciencia, después del hormigón y el acero.
4. Podemos oxidar fácilmente o hacer otras modificaciones superficiales al Si . Otros materiales semiconductores requieren procesos mucho más complejos para eso.
5. Si tienen excelentes propiedades mecánicas y térmicas , en comparación con otros materiales similares.
6. Respuesta adicional: debido al n. ° 5, podemos hacer obleas de 300 mm (e incluso 450 mm). Y esta es una razón económica ENORME para usar Si.

¡Salud!

Answer 12

Creo que una razón dominante es que mantiene buenas características, eléctricas pero también mecánicas, a una temperatura más alta que el germanio. Y en muchas aplicaciones de semiconductores, pero especialmente en aplicaciones que involucran el control del aumento de temperatura debido a la disipación de la energía eléctrica (potencia “potencia” o RF) es un tema crítico.

Answer 13

Curiosamente, el primer transistor estaba hecho de germanio en lugar de silicio.

Sin embargo, hay varias razones por las que se utiliza silicio sobre germanio.

1. el silicio es más barato que el germanio ya que la materia prima es arena
2. El silicio puede soportar una corriente máxima inversa más alta que la del germanio
3. Los átomos de silicio son más estables a altas temperaturas, mientras que el germanio no lo es
4. El germanio tiene una corriente de fuga alta

Answer 14

Debido a …..
Baja corriente de saturación o corriente de fuga (debido a portadores minoritarios).

Temperatura de funcionamiento alta (175 grados C en comparación con 75 grados C de Ge).

Manejo de alta potencia como comapared a Ge!

¡Disponibilidad abundante que a su vez hace que Si sea muy barato!

y también

¡Alto voltaje de ruptura al que Si puede resistir en comparación con Ge!

Answer 15

1. Si es material abundante, por ejemplo enviar también es Si.
2. Buena estabilidad a temperatura ambiente como último intervalo de banda de silicio (1.1 eV @ 300K). contra Ge (.60 eV a 300K).
3. Como la brecha de banda del Si es más que Ge. Por lo tanto, es más estable contra el voltaje térmico (25mV)
5. Crecimiento natural de SiO2, que es necesario para la pasivación del dispositivo.
6. Joven modelous de Si más que Ge.
7. Buena estandarización de la tecnología está disponible para Si. Entonces la gente prefiere usar Si.

Answer 16

Generalmente se prefiere el silicio que el germanio.

Técnicamente hay pocas razones como

1. Si tiene menos corriente de polarización inversa (nA) que el germanio (mA).
2. Si puede soportar altos voltajes negativos que Ge.
3. Si puede soportar altas temperaturas que Ge porque tiene mayor banda de energía.
4. Si es abundante y barato disponible que Ge.

Answer 17

Hay muchas buenas razones para usar silicio en lugar de germanio. Pero los mejores son
1) abundancia, fácilmente disponible
2) su óxido de SiO2 actúa como un mejor aislante utilizado en dispositivos semiconductores. Por lo tanto, no necesita ningún otro material para aislar un dispositivo de otro.
3) separación de banda alta .so menos corriente de fuga. Tan alta estabilidad de la temperatura.

Answer 18

El silicio se puede usar a temperaturas más altas en comparación con el germanio, por lo que se usa ampliamente en la fabricación de circuitos integrados.

para más información visita este enlace

Silicio y Germanio

Answer 19

No es solo una cuestión técnica, sino también económica. Permítanme mostrar algunos índices financieros de la siguiente manera:
1, GeO2: USD1200 / kg;
2, barra Ge: USD1800 / kg;
3, Ge wafer (4 ” monocristal): USD75.00 / PC;

VS
Si wafer (monocristal de 12 ”): USD15.00 / PC

Teniendo en cuenta que usted es un inversor en instalaciones de CI pero no un técnico, ¿cuál es su elección?

Answer 20

Siempre he atribuido el movimiento del germanio a los transistores de silicio en gran parte debido a los efectos de temperatura experimentados con el germanio.

Los transistores de germanio siguen siendo muy buscados para los pedales de efectos de guitarra vintage (principalmente en circuitos de tipo fuzz / gain) para etapas de recorte. Como resultado, cada vez es más difícil (léase: $$$) en estos días encontrar dos transistores Ge que coincidan.