¿Por qué se prefiere el silicio sobre el germanio en la preparación de diodos?

Las siguientes son las razones por las que se prefiere el silicio sobre el germanio mientras se preparan diodos. (más desde una perspectiva de aplicación)

1. La corriente inversa en un diodo de Si está en el rango de nanoamperios. La misma corriente inversa está en el rango de microamperios para un diodo basado en Ge. Diodo como dispositivo fue inventado para permitir el paso de corriente solo en una dirección única (polarización directa). Por lo tanto, la característica de rechazo de corriente inversa es más evidente en un diodo basado en silicio.

2. Un diodo de Si tiene un potencial de voltaje directo más alto (0.7V) que el germanio (0.3V). Más la corriente conducida, más cálido se vuelve el dispositivo. Por lo tanto, podemos decir que los diodos basados ​​en Ge entrarán en fuga térmica ya que tienden a conducir más corriente. Entonces, dispositivos que actúan como sensores térmicos, Ge sería una opción desventajosa.

3. El germanio tiene un voltaje de ruptura inversa de 50-70V, mientras que el Si puede soportar hasta 100V. Si bien es necesario bloquear el voltaje inverso, es ventajoso tener uno que pueda soportar más voltaje.

4. Si bien se tienen en cuenta las aplicaciones de alta potencia, los dispositivos basados ​​en Si pueden tolerar alta potencia (más de 50W), mientras que Ge puede sobrevivir a aplicaciones de menos de 10W.

1. Baja corriente de fuga inversa:
La corriente inversa en silicio fluye en orden de nanoamperios en comparación con el germanio en el que la corriente inversa está en orden de microamperios, debido a esto la precisión de la no conducción del diodo Ge en polarización inversa disminuye. Mientras que el diodo de Si conserva su propiedad en mayor medida, es decir, permite que fluya una cantidad insignificante de corriente.

2. Buena estabilidad de temperatura:
La estabilidad de la temperatura del silicio es buena, puede soportar un rango de temperatura típicamente de 140 ° C a 180 ° C, mientras que el germanio es muy sensible a la temperatura solo hasta 70 ° C.

3. Bajo costo:
El silicio es relativamente fácil y económico de obtener y procesar, mientras que el germanio es un material raro que generalmente se encuentra con depósitos de cobre, plomo o plata. Debido a su rareza, el germanio es más caro para trabajar, lo que hace que los diodos de germanio sean más difíciles de encontrar (y a veces más caros) que los diodos de silicio.

4. Alto voltaje de descomposición inversa:
El diodo de Si tiene un gran voltaje de ruptura inversa de aproximadamente 70-100V en comparación con Ge, que tiene un voltaje de ruptura inversa de alrededor de 50V.

5. Corriente directa grande:
El silicio es mucho mejor para aplicaciones de alta corriente, ya que tiene una corriente directa muy alta en un rango de decenas de amperios, mientras que los diodos de germanio tienen una corriente directa muy pequeña en un rango de microamperios.

Hay varias razones por las que el silicio se ha convertido en el semiconductor preferido en el presente, sobre el germanio.

La primera razón es que el Si forma en su superficie muy fácilmente una capa delgada de SiO2 que es un muy buen aislante y que tecnológicamente puede procesarse muy fácilmente. Esta capa de óxido es muy útil para formar las puertas de los transistores MOSFET (está situada entre la puerta y el canal). Además, esta capa es muy útil cuando se quiere formar las uniones en un transistor porque actúa como una capa de enmascaramiento que evita la difusión de los dopantes en las regiones que protege. En contraste, Ge no forma esta capa de óxido en su superficie tan fácilmente y la tecnología para obtener los dispositivos de germanio es más complicada.

La segunda razón es que Si tiene una banda prohibida mayor (0.7 eV) que Ge (0.2 eV) y debido a esto, el fenómeno de generación de pares térmicos es menor en Si que en Ge. Esto significa que a la misma temperatura, el ruido de los dispositivos de Si es menor que el ruido de los dispositivos Ge y también que la corriente inversa de una unión pn es menor para el Si que para el Ge.

La tercera razón es que el Si se encuentra ampliamente en la naturaleza en forma de arena, de la cual se extrae por reducción con carbono. En contraste, el Ge no se encuentra tan fácilmente en la naturaleza, y cuando se encuentra solo se encuentra en compuestos químicos que se forma debido a su alta reactividad.

Sin embargo, Ge tiene una gran ventaja sobre Si. Ge tiene una mayor movilidad de electrones y huecos y, debido a esto, los dispositivos Ge pueden funcionar hasta una frecuencia más alta que los dispositivos Si.

Pero nunca sabes qué y cuándo Bell Telephone Lab te golpeará con otra sorpresa en este campo de estudio.

No hay muchas razones aquí … El diodo de silicona es más barato y más fácil de producir. También maneja mejor las corrientes más grandes y puede soportar temperaturas de trabajo mucho más altas. El diodo de germanio funciona bien para trabajos pequeños, pero la mayoría de los dispositivos necesitan algo que pueda manejar más energía. El silicio también está mucho más fácilmente disponible para fines comerciales en comparación con el germanio. Por lo tanto, los diodos Ge se están volviendo casi obsoletos en estos días y se usan solo para pequeñas corrientes en sistemas analógicos y en algunos receptores de radio.

El diodo de germanio tiene muchas ventajas sobre los diodos de silicio en términos de pérdida de energía, pérdida de corriente, etc. El diodo Ge pierde aproximadamente 0.3-0.4 voltios mientras que un diodo Si pierde aproximadamente 0.7-0.9 voltios. Sin embargo, el costo de producción y su no versatilidad anula todas las demás ventajas.

Gracias por el A2A.

Los siguientes pueden ser los motivos:
1. El silicio (Si) tiene un voltaje directo (barrera potencial) de 0.7V mayor en comparación con el germanio (Ge) que tiene 0.3V. Debido a que su resistencia directa es un poco comparativamente alta en comparación con Ge hasta el voltaje directo, lo que aumenta es el valor actual máximo directo.

2. En segundo lugar, la corriente inversa en el silicio fluye en orden de nanoamperios en comparación con el germanio en el que la corriente inversa es del orden de microamperios, debido a esto la precisión de la no conducción del diodo Ge en polarización inversa disminuye. El diodo conserva su propiedad en mayor medida, es decir, permite que fluya una cantidad insignificante de corriente.

3. Además, el diodo Si tiene un voltaje de ruptura inversa grande de aproximadamente 70-100V en comparación con Ge, que tiene un voltaje de ruptura inversa de alrededor de 50V.

• Aunque los diodos de germanio fueron los primeros fabricados, varios factores hacen que el silicio sea la opción frente a los diodos de germanio.
• Los diodos de silicio tienen una mayor facilidad de procesamiento, menor costo, mayor manejo de potencia, menos fugas y características de temperatura más estables que los diodos de germanio.
• La caída directa inferior de los diodos de germanio (.2V a .3V versus .7V a 1.0V) los hace mejores en la detección y rectificación de señales pequeñas.
• El diodo de silicio (a menos que sea un diodo Schottky) conduce a aproximadamente 0.6 voltios.
• El diodo de germanio, sin embargo, conduce a un voltaje mucho más bajo, típicamente 0.2 voltios. Esto hace que el diodo de germanio sea mejor para señales pequeñas. Pero en la mayoría de los casos estamos analizando señales más altas.
• temperatura máxima de unión operativa de 150 ° C para silicio frente a solo 60 ° C para germanio.

razón principal: (i) el diodo slicon actúa como un mejor interruptor como Io (Ge)> Io (Si)
(ii) El voltaje inverso máximo es más para el silicio
(iii) el silicio tiene un mejor rango térmico.
Razón secundaria: -barato, material abundante

1. RAZÓN PRINCIPAL: Como el espacio de aire tiene menos germinio, esto es más sensible a la temperatura (la variación de temperatura de 40 a 50 grados es común en nuestra tierra)

entonces se prefiere el silicio sobre el germinio.

2.SILICON ES MUCHO MÁS BARATO QUE EL ALEMÁN, y

el silicio es tan fácil de encontrar (está en la arena)

Esto es 100% correcto. Obtenido de IIT DELHI PROFESSOR

Ramakrishna Ch

El silicio es uno de los elementos más abundantes en la tierra, mientras que el germanio es escaso. Esto hace que el silicio sea mucho más barato que el germanio. Por lo tanto, se prefiere el silicio. Esta es la razón más básica. Aparte de eso, hay razones técnicas que otros han mencionado en tales detalles.
Espero que ayude.
Gracias por A2A.

Gracias por el A2A. Pero, creo que el Sr.Nikhil Nayak ya ha respondido su pregunta satisfactoriamente y también con gran claridad. No hay nada más que pueda agregarle …
¡¡Tenga un buen día!!

Sabes qué, en realidad es muy simple y directo. Si hace esta pregunta, las personas tienden a ser elegantes e intentan darle una razón muy técnica para elegir silicio sobre germanio.

Pero el hecho es que EL SILICIO ES MUCHO MÁS BARATO QUE EL ALEMÁN, y el silicio es muy fácil de encontrar (está en la arena). Esa es la razón principal.

El germanio funciona mejor para niveles de señal de muy bajo voltaje. Solo pierde 0.2v a través de la unión. Puede dañarse fácilmente por un voltaje o corriente demasiado altos y no puede manejar bien la energía.
El silicio pierde 0.7 voltios a través de la unión pero puede soportar temperaturas mucho más altas y maneja la energía bastante bien.
Si es necesario salvar cada bit de voltaje de una entrada de germanio es la mejor opción. Si hay voltaje de repuesto, la silicona es mucho más barata y duradera.

Además de todo lo anterior, me gustaría agregar:

1. La corriente inversa en los diodos de silicio es mucho menor en comparación con los diodos de germanio, mejorando así la precisión de la caída de polarización inversa.
2. La descomposición inversa se logra en diodos de germanio mucho antes que los diodos de silicio.
(Pido disculpas por no dar cifras cuantitativas solo por pereza, pero entiendes el punto)

El silicio es ubicuo, barato y resiste temperaturas de trabajo más altas que el germanio.

La respuesta simple es una gran abundancia de silicio (27% de la masa de la tierra) en la tierra en comparación con el germanio (7%). Gran abundancia se traduce en menor costo.