Khi nào nên sử dụng chất bán dẫn nào?

Vì vậy, tôi biết rằng silicon là chất bán dẫn phổ biến nhất hiện nay. Nhưng tôi cũng biết rằng có vô số lựa chọn khác; cacbua silic, gecmani, hợp kim SiGe, gallium arsenide, nhôm gallium phosphide, cadmium Telluride nghe có vẻ đáng sợ ...

Vì vậy, những tính chất nào sẽ làm cho một nhà thiết kế thiết bị chọn một trong những người khác? Tôi hiểu rằng đối với đèn LED và điốt laser phù hợp với băng tần để cung cấp năng lượng photon phù hợp sẽ là một lý do, nhưng có những lý do khác không?

Germanium từng là chất bán dẫn được lựa chọn, nhưng nó đã được khởi động bằng silicon từ khá sớm, và bây giờ gần như không thể tìm thấy các thành phần của Germanium. Tại sao vậy? Tương tự như vậy, không ai sử dụng bộ chỉnh lưu selen nữa (mặc dù chúng có những nhược điểm rõ ràng hơn, như điện áp đánh thủng ngược cực kỳ thấp và kích thước vật lý của chúng).

Có rất nhiều dấu hỏi trong câu hỏi này; Tôi hy vọng đó không phải là quá nhiều. Trong khi tôi tò mò về điều này bản thân mình, tôi cũng muốn biến nó thành tài nguyên cho người khác sử dụng, vì vậy tôi đã cố gắng bao quát càng nhiều càng tốt mà không đi lạc quá xa chủ đề.

Silicon có nhiều ưu điểm khiến nó trở thành vật liệu bán dẫn vượt trội:

• Một oxit tự nhiên. Đây là chìa khóa cho sự phát triển của MOSFET.
• Sức mạnh thể chất tương đối tốt. Một số vật liệu cạnh tranh khác dễ vỡ hơn, dẫn đến tổn thất trong sản xuất đơn giản là do sự phá vỡ cơ học của tấm wafer.
• Sự phong phú trong tự nhiên. Silicon là nguyên tố phong phú thứ 2 trong lớp vỏ Trái đất, giúp khai thác dễ dàng, mặc dù việc tinh chế nó thành độ tinh khiết cần thiết cho thiết bị điện tử vẫn là một nỗ lực đáng kể.

Hơn nữa, vì silicon được sử dụng rộng rãi, nên tính kinh tế của quy mô làm cho việc sản xuất chip hoặc thiết bị bằng silicon rẻ hơn nhiều so với các chất bán dẫn khác.

Vì vậy, nếu silicon sẽ thực hiện công việc, chúng ta hầu như sẽ luôn chọn silicon để đạt được chi phí thấp.

Chúng tôi có thể chọn vật liệu khác nếu chúng tôi cần

• Một vật liệu khe hở trực tiếp, thường dành cho các nguồn quang như đèn LED.
• Một bandgap cụ thể. Ví dụ, đối với các điốt quang để phát hiện bước sóng 1550nm, cần có một dải tần nhỏ hơn khoảng 0,8 eV.
• Tính di động cao của sóng mang, cho phép các thiết bị tần số cao hơn. Đối với điều này, bạn sẽ thấy các tài liệu như SiGe, GaAs, GaN hoặc InP được sử dụng.
• Một hằng số mạng cụ thể, để phát triển một vật liệu đặc biệt trên chất nền của vật liệu khác. Khả năng thiết kế cả hằng số mạng và bandgap là lý do tại sao bạn thấy các hợp chất bậc ba và bậc bốn như GaAlAsP được sử dụng.

Tôi sẽ bỏ qua câu hỏi làm thế nào các chất dẫn xuất được chọn vì 1) Tôi hầu như không biết gì về nó và 2) sự lựa chọn của các chất dẫn xuất có thể khác nhau đối với mỗi vật liệu bán dẫn.