Como proveedor de sustratos Ge de 2 pulgadas, a menudo me preguntan sobre la conductividad eléctrica de estos materiales especializados. El germanio (Ge) es un material semiconductor muy conocido que tiene propiedades eléctricas únicas, y comprender su conductividad en el contexto de un sustrato de 2 pulgadas es crucial para diversas aplicaciones.
Entendiendo el germanio como semiconductor
El germanio es un elemento del grupo IV de la tabla periódica. Tiene una estructura cristalina parecida a un diamante, lo que le confiere características semiconductoras. Los semiconductores tienen una conductividad eléctrica entre la de los conductores (como los metales) y la de los aislantes (como la cerámica). La conductividad de un semiconductor como el Ge depende en gran medida de factores como la temperatura, la concentración de dopaje y la calidad del cristal.
En su forma pura, el germanio es un semiconductor intrínseco. A la temperatura del cero absoluto, todos los electrones de valencia del germanio están estrechamente unidos a sus átomos y no hay portadores de carga libres (electrones o huecos), por lo que la conductividad es cero. A medida que aumenta la temperatura, algunos electrones de valencia ganan suficiente energía para liberarse de sus enlaces covalentes, creando pares electrón-hueco. Estos electrones y huecos libres pueden moverse bajo la influencia de un campo eléctrico, contribuyendo a la conducción eléctrica.
La concentración de portador intrínseco ((n_i)) de germanio a temperatura ambiente (alrededor de 300 K) es aproximadamente (2,4\times10^{13} cm^{- 3}). La conductividad eléctrica ((\sigma)) de un semiconductor intrínseco viene dada por la fórmula (\sigma = n_iq(\mu_e+\mu_h)), donde (q) es la carga elemental ((q = 1,6\times10^{-19} C)), (\mu_e) es la movilidad del electrón y (\mu_h) es la movilidad del hueco. Para el germanio, la movilidad del electrón (\mu_e\approx3900 cm^{2}/V\cdot s) y la movilidad del hueco (\mu_h\approx1900 cm^{2}/V\cdot s).
Calculando la conductividad intrínseca del germanio a temperatura ambiente:
[
\begin{align*}
cisigma&=n_iq(\mu_e + \mu_h)\
&=(2.4\times10^{13} cm^{-3})\times(1.6\times10^{-19} C)\times(3900 + 1900)cm^{2}/V\cdot s\
&=(2.4\times10^{13})\times(1.6\times10^{-19})\times5800 S/cm\
&\aprox2.2\times10^{-2} S/cm
\end{align*}
]
El dopaje y su impacto en la conductividad eléctrica
En la mayoría de las aplicaciones prácticas, no se utiliza germanio puro porque su conductividad es relativamente baja. En cambio, el germanio suele estar dopado con impurezas para aumentar su conductividad. El dopaje implica agregar pequeñas cantidades de átomos extraños (ya sean elementos del Grupo III o del Grupo V) a la red cristalina de germanio.
N - dopaje tipo
Cuando el germanio está dopado con elementos del Grupo V como fósforo (P), arsénico (As) o antimonio (Sb), estos elementos tienen un electrón de valencia más que el germanio. El electrón extra está relativamente débilmente unido y puede convertirse fácilmente en un electrón libre. Este tipo de dopaje crea un semiconductor tipo n, donde la mayoría de los portadores de carga son electrones.
La conductividad de un semiconductor tipo n está determinada principalmente por la concentración de las impurezas del donante ((N_d)). La fórmula para la conductividad de un semiconductor tipo n es (\sigma = nq\mu_e), donde (n\approx N_d) (asumiendo la ionización completa de los donantes). Por ejemplo, si dopamos germanio con una concentración de donante de (N_d = 1\times10^{16} cm^{-3}), y usando la movilidad electrónica (\mu_e = 3900 cm^{2}/V\cdot s):
[
\begin{align*}
\sigma&=nq\mu_e\
&=(1\times10^{16} cm^{-3})\times(1.6\times10^{-19} C)\times3900 cm^{2}/V\cdot s\
&=0,624S/cm
\end{align*}
]
P - dopaje tipo
Por otro lado, cuando el germanio está dopado con elementos del Grupo III como el boro (B), el aluminio (Al) o el galio (Ga), estos elementos tienen un electrón de valencia menos que el germanio. Esto crea agujeros en la banda de valencia y el semiconductor se vuelve de tipo p, donde la mayoría de los portadores de carga son agujeros. La conductividad del semiconductor tipo ap viene dada por (\sigma = pq\mu_h), donde (p) es la concentración de huecos, que es aproximadamente igual a la concentración de aceptor ((N_a)) en el caso de ionización total de los aceptores.
Conductividad eléctrica en un sustrato Ge de 2 pulgadas
Cuando hablamos de un sustrato Ge de 2 pulgadas, la conductividad eléctrica general del sustrato todavía se rige por los factores mencionados anteriormente. Sin embargo, el tamaño y el proceso de fabricación del sustrato pueden introducir algunas consideraciones adicionales.
El diámetro de 2 pulgadas del sustrato implica una cierta superficie y espesor. Durante el proceso de fabricación, se hacen esfuerzos para garantizar un dopado uniforme y una calidad de cristal en todo el sustrato. Cualquier falta de homogeneidad en la concentración de dopaje o defectos en los cristales puede provocar variaciones en la conductividad eléctrica a través del sustrato.
Para nuestros sustratos Ge de 2 pulgadas, utilizamos técnicas de fabricación avanzadas para garantizar cristales de alta calidad con dopaje uniforme. Nuestros sustratos se procesan cuidadosamente para minimizar los defectos de los cristales, como dislocaciones y fallas de apilamiento, que pueden dispersar los portadores de carga y reducir la conductividad.
Aplicaciones y papel de la conductividad eléctrica
La conductividad eléctrica de un sustrato Ge de 2 pulgadas es crucial para una amplia gama de aplicaciones.
Fotodetectores
En aplicaciones de fotodetectores, la conductividad del sustrato de germanio afecta la velocidad y la sensibilidad del dispositivo. Una conductividad más alta puede permitir una recolección de carga más rápida, lo cual es importante para la fotodetección de alta velocidad. El germanio tiene un alto coeficiente de absorción de luz infrarroja y su conductividad se puede ajustar para optimizar el rendimiento de los fotodetectores de infrarrojos.
Circuitos integrados
El germanio se está explorando como alternativa al silicio en algunas aplicaciones de circuitos integrados. La conductividad del sustrato de germanio puede influir en el rendimiento de los transistores y otros componentes del circuito. Controlando el dopaje y, por tanto, la conductividad, podemos diseñar circuitos con características eléctricas específicas.
Nuestras ofertas de sustrato Ge de 2 pulgadas
Como proveedor, ofrecemos una variedad de sustratos Ge de 2 pulgadas con diferentes niveles de dopaje y conductividades eléctricas para satisfacer las diversas necesidades de nuestros clientes. Ya sea que necesite un sustrato tipo n de alta conductividad para un dispositivo de alta velocidad o un sustrato tipo ap con una conductividad específica para una aplicación de circuito integrado, podemos brindarle el producto adecuado.
Además de nuestros sustratos Ge de 2 pulgadas, también suministramosSustrato Ge de 2, 4, 6 y 8 pulgadas. Nuestros sustratos son de la más alta calidad, con estrictas medidas de control de calidad implementadas durante todo el proceso de fabricación.
Contáctenos para adquisiciones
Si está interesado en nuestros sustratos Ge de 2 pulgadas o tiene requisitos específicos con respecto a la conductividad eléctrica, le recomendamos que se comunique con nosotros para realizar adquisiciones y realizar más conversaciones. Nuestro equipo de expertos está listo para ayudarlo a seleccionar el sustrato más adecuado para su aplicación. Podemos proporcionar especificaciones técnicas detalladas y muestras a pedido.
Referencias
- Streetman, BG y Banerjee, SK (2006). Dispositivos electrónicos de estado sólido. Prentice Hall.
- Sze, SM (1981). Física de dispositivos semiconductores. Wiley - Interciencia.