Vad är en Germanium Transistor?

En germaniumtransistor är en variant på en standardtransistor byggd på elementet kisel, där istället en kisel-kisel-germaniumlegering vanligtvis används för att öka överföringshastigheten för elektriska signaler. Enskild elektrisk komponenthastighet läggs ihop som ett aggregat, och därför kan en germaniumtransistoruppsättning avsevärt öka bearbetningshastigheten för en krets. Germaniumtransistorn går före standardkiselkonstruktioner, och de användes ofta på 1950- och 60-talen. Deras genomströmningshastighet eller lägre avstängningsspänning är överlägsen kisel, men idag har de bara specialiserade applikationer.

Halvledargermaniumkiseltransistorer är också legerade med indium, gallium eller aluminium och har använts som ersättning för ett annat alternativ till transistorsystem av rent kisel, de som är byggda på galliumarsenid. I solcellstillämpningar används germanium och galliumarsenid tillsammans eftersom de har liknande kristallgittermönster. Optikapplikationer är en vanlig plats där en germaniumtransistor används nu, delvis för att ren germaniummetall är transparent för infraröd strålning.

Germaniumlegeringar erbjuder förbättrade överföringshastigheter i höghastighetskretsar över kisel, men de är inte utan sina nackdelar. De flesta egenskaperna hos en germaniumtransistor faller under egenskaperna hos en standardkiseltransistor, inklusive den maximala effektfördelningen de erbjuder, på cirka 6 watt mot över 50 watt för kisel, och lägre nivåer av strömförstärkning och driftsfrekvenser. Germaniumtransistorn har också dålig temperaturstabilitet jämfört med kisel. När temperaturen ökar låter de mer ström passera, vilket så småningom resulterar i att de brinner ut, och kretsar måste utformas för att förhindra denna möjlighet.

En av de största nackdelarna med en germaniumtransistor är att den visar strömläckage på grund av germaniums tendens att utveckla skruvförskjutningar. Dessa är fina utväxter av den kristallina strukturen, kända som morrhår, som med tiden kan kortsluta en krets. Strömläckage på över 10 mikroampere kan vara en metod för att fastställa 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 att raffinera halvledarkvalitet kisel (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 inkorporering i framtida höghastighetskomponenter, såsom kisel-germanium-koltransistorn. Sådana transistorer erbjuder de lägsta brusöverföringsnivåerna och är bäst lämpade för radiofrekvensapplikationer för oscillatorer, trådlös signalöverföring och förstärkare. Detta återspeglar det faktum att en av de ursprungliga användningsområdena för germaniumkomponenter för decennier sedan var radiodesign.