Quando utilizzare quale semiconduttore?

Quindi so che il silicio è di gran lunga il semiconduttore più comune in circolazione. Ma so anche che ci sono innumerevoli altre opzioni; carburo di silicio, germanio, lega di SiGe, arsenuro di gallio, fosfuro di alluminio e gallio, il tellururo di cadmio dal suono terrificante ...

Quindi, quali proprietà farebbero un progettista di dispositivi scegliere uno rispetto agli altri? Capisco che per LED e diodi laser abbinare il gap di banda per dare la giusta energia al fotone sarebbe una ragione, ma ce ne sono altre?

Il germanio era il semiconduttore preferito, ma è stato avviato dal silicio abbastanza presto, e ora è quasi impossibile trovare componenti al germanio. Perché? Allo stesso modo, nessuno usa più raddrizzatori al selenio (anche se presentano svantaggi più evidenti, come la tensione di rottura inversa ridicolmente bassa e le loro dimensioni fisiche).

Ci sono molti punti interrogativi in ​​questa domanda; Spero che non siano troppi. Anche se sono curioso di questo, mi piacerebbe anche renderlo una risorsa da usare per gli altri, quindi ho cercato di coprire quanto più terreno possibile senza allontanarmi troppo dall'argomento.

Il silicio ha molti vantaggi che lo hanno reso il materiale semiconduttore dominante:

• Un ossido nativo. Questa è la chiave per lo sviluppo del MOSFET.
• Robustezza fisica relativamente buona. Alcuni altri materiali concorrenti sono più fragili, portando a perdite di produzione semplicemente a causa della rottura meccanica dei wafer.
• Abbondanza in natura. Il silicio è il secondo elemento più abbondante nella crosta terrestre, il che lo rende facile da estrarre, sebbene raffinarlo alla purezza necessaria per l'elettronica è ancora uno sforzo significativo.

Inoltre, poiché il silicio è così ampiamente utilizzato, le economie di scala rendono molto più economico produrre chip o dispositivi in ​​silicio rispetto ad altri semiconduttori.

Quindi, se il silicio farà il suo lavoro, quasi sempre sceglieremo il silicio per ottenere costi bassi.

Potremmo scegliere altri materiali se ne avessimo bisogno

• Un materiale a gap diretto, in genere per fonti ottiche come i LED.
• Un gap di banda specifico. Ad esempio, per i fotodiodi per il rilevamento di una lunghezza d'onda di 1550 nm, è necessario uno spazio di banda inferiore a circa 0,8 eV.
• Mobilità portante elevata, che consente dispositivi a frequenza più elevata. Per questo vedrai usati materiali come SiGe, GaAs, GaN o InP.
• Una costante reticolare specifica, per la crescita epitassiale di un materiale su un substrato di un altro materiale. La capacità di progettare sia la costante reticolare che il gap di banda è il motivo per cui si vedono composti ternari e quaternari come GaAlAsP.

Lascerò da parte la domanda su come vengono scelti i droganti perché 1) non ne so quasi nulla e 2) la scelta dei droganti è probabilmente diversa per ogni materiale semiconduttore.