To urządzenie z kontaktem punktowym było bardzo trudne do wyprodukowania, a jego parametry pozostawiały sporo do życzenia. Tak więc pod koniec 1948 roku Schockley sprokurował bipolarny tranzystor złączowy, który wyeliminował skomplikowany układ styków punktowych i wkrótce stał się standardową konstrukcją. Ponadto krzem został preferowanym materiałem półprzewodnikowym ze względu na doskonałe właściwości związane z temperaturą, niższym kosztem produkcji i szerszą dostępnością tego surowca.
German ma niższy spadek napięcia przewodzenia wynoszący około 0,4 V w porównaniu z 0,7 V dla krzemu. Jednak wyższy spadek dla krzemu jest równoważony przez wiele innych jego zalet. Istnieje sporo książek i materiałów na temat historii i technologii pierwszych tranzystorów, a niedawny artykuł „How the First Transistor Worked”, jaki ukazał się w: „IEEE Spectrum” (link) zawiera doskonałe spojrzenie na oba aspekty.
Teraz oczywiście świat półprzewodników bazuje głównie na krzemie. De facto wykorzystuje się azotek galu (GaN), arsenek galu (GaAs), a nawet węglik krzemu (SiC) do użytku specjalistycznego, ale ogromna większość jednostek półprzewodnikowych jest nadal oparta na ww. budulcu. Elektroniczne zastosowania germanu są ograniczone do kilku wyspecjalizowanych urządzeń krzemowo-germanowych (SiGe). Jednak z pewnością nie jest to główny proces, pomimo potencjału wynikającego z wysokiej mobilności nośników tego związku, która jest dwa do trzech razy większa niż w przypadku standardowego krzemu.
Nadal można kupić tranzystory bazujące na germanie od dostawców takich jak NTE Electronics, a na eBay'u jest wiele nieużywanych i użytkowanych produktów tego typu, ale są one raczej poza głównym nurtem. Wiodącym zastosowaniem germanu są obecnie układy optyczne, ponieważ jest on stosunkowo przezroczysty dla światła podczerwonego w paśmie termicznym od 8 do 14 mikronów. To sprawia, że dobrze pasuje do konstrukcji systemów soczewek i okien optycznych w mechanizmach termowizyjnych.
Niektórzy entuzjaści audio twierdzą, że tranzystory germanowe mają lepszy dźwięk niż urządzenia krzemowe; ale to jest dyskusja, na którą nie ma miejsca na tym forum, są inne przestrzenie w Internecie, gdzie można w takie tematy wchodzić.
Jednak german i SiGe mogą dostać kolejną szansę. Niedawno zespół z wielu uczelni, kierowany przez Technische Universität Wien (TU Wien z Wiednia) opracował sposób na przezwyciężenie głównego problemu niezawodnego styku związanego z urządzeniami złożonymi z krzemu i germanu. Podstawowym mankamentem jest to, że każda płaszczyzna półprzewodnika jest z natury zanieczyszczona w konwencjonalnych procesach. Zwłaszcza atomami tlenu, które bardzo szybko gromadzą się na powierzchni materiałów i formułują warstwę tlenku. Jest to sytuacja możliwa do opanowania w przypadku krzemu, ponieważ zawsze tworzy on ten sam rodzaj ww. związku. Jednak w kwestii germanu istnieje cała gama różnych tlenków, które mogą się ukształtować. Oznacza to, że odmienne urządzenia nanoelektroniczne mogą mieć bardzo rozmaity skład powierzchni, a tym samym odrębne właściwości. Buduje to problem z przygotowaniem krytycznych kontaktów. Nawet jeśli wszystkie te komponenty produkowane są dokładnie w ten sam sposób, nadal istnieją nieuniknione i znaczące różnice na poziomie atomowym. Kwestia powtarzalności jest dużą komplikacją; po umieszczeniu styków na krzemie bogatym w german nie ma pewności, że powstały element elektroniczny rzeczywiście będzie miał zamierzone własności.
W artykule: „Composition Dependent Electrical Transport in Si1−xGex Nanosheets with Monolithic Single-Elementary Al Contacts” opisano, w jaki sposób opracowano kontakty z krystalicznym aluminium o niezwykle wysokiej jakości z zaawansowanym systemem warstw krzemowo-germanowych. Umożliwia to uzyskanie odmiennych unikatowych właściwości na styku z germanem, szczególnie odpowiednie dla komponentów optoelektronicznych i kwantowych. Aby przezwyciężyć wszystkie problemy, zespół z TU Wien przyszykował metodę tworzenia doskonałych interfejsów między stykami aluminiowymi a elementami krzemowo-germanowymi w skali atomowej, jak pokazano na rysunku powyżej. W pierwszym etapie przygotowywany jest układ powłok z cienką warstwą krzemu i właściwym materiałem, z którego mają być wykonane elementy elektroniczne — stop krzemu i germanu. Następnie, poprzez podgrzewanie konstrukcji w kontrolowany sposób, powstaje styk między aluminium a krzemem. Dyfuzja charakterystyczna zachodzi w temperaturze około 500°C. Przy tej termice atomy opuszczają swoje pierwotne miejsce i zaczynają migrować. Atomy krzemu i germanu stosunkowo szybko wchodzą w kontakt z aluminium, a ono wypełnia zwolnioną przestrzeń. Rezultatem jest interfejs między nim i SiGe z niezwykle cienką warstwą krzemu pomiędzy nimi. W tym procesie atomy tlenu nigdy nie mają możliwości dotarcia do tej atomowo ostrej i wysoce czystej granicy faz.
Zespół jest przekonany, że niezbitej jakości kontakty mogą być produkowane masowo, co ma prowadzić do powstania wielu nowych urządzeń nanoelektronicznych, optoelektronicznych i kwantowych. Więc kto wie, może german i SiGe mogą jeszcze zyskać kolejną szansę, by zabłysnąć obok podstawowego krzemu i innych specjalistycznych technologii procesowych. Z drugiej strony przysłowiowa droga od laboratorium do rentownej produkcji jest trudna z wieloma przeszkodami technicznymi, wydajnościowymi i kosztowymi, a czasem zysk po prostu nie jest wart tego całego starania. Ciekawym będzie obserwować, czy w tym przypadku rozwój ten doprowadzi do zwiększenia lub pogłębienia roli germanu w świecie współczesnych półprzewodników.
Czy urządzenia z germanu mogą powrócić, czy też problemy techniczne i ekonomiczne, w porównaniu ze stosowaniem krzemu, są po prostu zbyt duże? Czy nadal będzie to ulepszenie pozostające: „tuż za rogiem”? Jakie jest Wasze zdanie?
Źródło: https://www.planetanalog.com/germanium-and-sige-may-get-another-chance/
Cool? Ranking DIY
