El mundo de la tecnología se encuentra en constante evolución, y en el campo de los dispositivos electrónicos estamos rodeados de componentes fundamentales que han revolucionado nuestra manera de comunicarnos y trabajar. En ese sentido, el silicio y el germanio son dos elementos clave que se utilizan en la fabricación de semiconductores, pero ¿por qué se prefiere el silicio sobre el germanio? Descubre en este artículo las razones detrás de esta elección y cómo ha influido en el desarrollo de la tecnología actual.
Se prefiere el silicio al germanio. porque el silicio puede trabajar a una temperatura más alta en comparación con el germanio. Aparte de esto, hay muchas ventajas asociadas con los semiconductores de silicio. En este artículo, discutiremos las características del silicio y el germanio para comprender por qué se prefiere el silicio al germanio.
Tanto el silicio como el germanio entran en la categoría de materiales semiconductores. Pero, el silicio como material semiconductor es una buena opción para fabricar dispositivos semiconductores. Las principales razones para el uso de silicio se dan a continuación.
¿Por qué el silicio es mejor que el germanio?
El silicio es mejor que el germanio por las siguientes razones.
Pequeño Corriente de fuga inversa (ICBO)
Los dispositivos semiconductores son propensos si la temperatura sube por encima de su rango de temperatura especificado. La corriente de fuga aumenta con el aumento de la temperatura. Si comparamos el silicio y el germanio para la corriente de fuga, la corriente de fuga del cristal de silicio es menor que la del cristal de germanio.
La corriente inversa en el silicio es del orden de los nanoamperios, mientras que la corriente inversa en el germanio es del orden de los microamperios. La corriente de fuga inversa en el germanio es de 10 a 100 veces la corriente inversa en el diodo de silicio.
Los valores típicos de OCCI a 25°C para transistores de pequeña señal son:
| Materiales semiconductoress | Corriente de fuga (ICBO) |
| Silicio | 0,01 µA a 1 µA |
| Germanio | 2 a 15 µA |
Menor variación de la corriente de fuga con la temperatura
La fiabilidad operativa de los materiales semiconductores depende de la temperatura de funcionamiento del dispositivo. La unión del semiconductor puede fallar si el dispositivo funciona por encima de su temperatura nominal de unión. Los materiales semiconductores tienen un coeficiente de temperatura negativo y su resistencia disminuye con el aumento de la temperatura de unión.
Si comparamos el silicio y el germanio, la disminución de la resistencia del germanio con un aumento de temperatura es mayor que la disminución de la resistencia del silicio con el mismo aumento de temperatura.
La banda de energía prohibida del silicio y el germanio es de 1,1 ev y 0,66 ev respectivamente. La banda de energía prohibida más alta del silicio lo hace más estable y, por lo tanto, reduce la corriente de fuga.
La corriente de fuga ICBO del germanio se duplica con cada aumento de temperatura de 8 a 10 °C, mientras que la corriente de fuga del silicio se duplica con cada aumento de temperatura de 12 °C.
Bien Estabilidad de temperatura
La estabilidad de la temperatura se define como el rendimiento de los dispositivos semiconductores con un cambio en la temperatura de funcionamiento. Por lo tanto, un dispositivo que tenga una buena estabilidad de temperatura ofrece un funcionamiento más fiable.
La estabilidad térmica del silicio es mejor que la del germanio. El cristal de silicio funciona bien en el rango de temperatura de 140 °C a 180 °C, mientras que el germanio funciona de forma fiable hasta los 70 °C.
El germanio falla a unos 100°C. Podemos operar silicio hasta 180°C. Por lo tanto, los dispositivos de silicio no tienden a fallar hasta los 180°C.
Alto voltaje de ruptura inversa (PIV)
El PIV más alto es deseable para la rectificación de alto voltaje. El voltaje inverso máximo (PIV) es el voltaje inverso que sostiene un diodo durante su polarización inversa.
El alto voltaje de ruptura inversa o PIV del diodo de Si tiene un voltaje de ruptura inversa de aproximadamente 70 a 1000 V, mientras que el PIV del diodo de germanio es de aproximadamente 50 V.
Gran corriente directa
El silicio es el más adecuado para aplicaciones de alta corriente porque tiene una corriente directa muy alta en un rango de diez amperios o incluso más, mientras que los diodos de germanio tienen una corriente de estado activo muy baja en un rango de microamperios.
Bueno para aplicaciones de alta potencia
Los dispositivos semiconductores basados en silicio pueden entregar una potencia alta de hasta 50 vatios, mientras que el germanio solo puede entregar una potencia por debajo de los 10 W.
Económico
El silicio está disponible en abundancia en la superficie de la tierra. Por otro lado, el germanio es un material raro que se encuentra típicamente en depósitos de cobre, plomo y plata. Además, el costo de procesamiento del silicio es menor que el del germanio. En general, el silicio es más barato que el germanio.
La única desventaja del silicio en comparación con el germanio es que el voltaje de conexión del diodo de silicio es de 0,7 voltios, mientras que el voltaje de codo o voltaje de conexión del diodo de germanio es de 0,2 voltios. Esto significa que se requiere un voltaje más alto para la conducción del silicio.
Pero considerando las ventajas enumeradas anteriormente, podemos concluir que el silicio es el mejor para dispositivos y aplicaciones de semiconductores.
Resumen
Ahora, podemos tabular los puntos que respaldan por qué se prefiere el silicio al germanio.
| S. No. | Parámetro | Silicio | Germanio |
| 1 | Corriente de fuga inversa (ICBO) | Bajo | Alto |
| 2 | Variación de la corriente de fuga con la temperatura | Bajo | Alto |
| 3 | Tensión de ruptura inversa (PIV) | Alto | Bajo |
| 4 | Corriente directa | Alto | Bajo |
| 5 | Capacidad de manejo de potencia | Alto | Bajo |
| 6 | Costo | Bajo | Alto |
| 7 | Estabilidad de temperatura | Bien | Pobre |
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