Som leverantör av 2-tums Ge-substrat får jag ofta frågan om den elektriska ledningsförmågan hos dessa specialiserade material. Germanium (Ge) är ett välkänt halvledarmaterial som har unika elektriska egenskaper, och att förstå dess konduktivitet i samband med ett 2-tums substrat är avgörande för olika tillämpningar.
Förstå Germanium som en halvledare
Germanium är ett grundämne i grupp IV i det periodiska systemet. Den har en diamantliknande kristallstruktur, vilket ger den halvledaregenskaper. Halvledare har elektrisk ledningsförmåga mellan den hos ledare (som metaller) och isolatorer (som keramik). Konduktiviteten hos en halvledare som Ge är starkt beroende av faktorer som temperatur, dopningskoncentration och kristallkvalitet.
I sin rena form är germanium en inneboende halvledare. Vid absolut nolltemperatur är alla valenselektroner i germanium tätt bundna till sina atomer, och det finns inga fria laddningsbärare (elektroner eller hål), så konduktiviteten är noll. När temperaturen ökar får vissa valenselektroner tillräckligt med energi för att bryta sig loss från sina kovalenta bindningar, vilket skapar elektron-hålpar. Dessa fria elektroner och hål kan röra sig under påverkan av ett elektriskt fält, vilket bidrar till elektrisk ledning.
Den inneboende bärarkoncentrationen ((n_i)) av germanium vid rumstemperatur (cirka 300 K) är ungefär (2,4\x10^{13} cm^{- 3}). Den elektriska ledningsförmågan ((\sigma)) för en inre halvledare ges av formeln (\sigma = n_iq(\mu_e+\mu_h)), där (q) är den elementära laddningen ((q = 1,6\x10^{-19} C)), (\mu_e) är elektronrörligheten,) och För germanium, elektronrörligheten (\mu_e\approx3900 cm^{2}/V\cdot s) och hålrörligheten (\mu_h\approx1900 cm^{2}/V\cdot s).
Beräkna germaniums inneboende ledningsförmåga vid rumstemperatur:
[
\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\
&\approx2.2\times10^{-2} S/cm
\end{align*}
]
Doping och dess inverkan på elektrisk ledningsförmåga
I de flesta praktiska tillämpningar används inte rent germanium eftersom dess konduktivitet är relativt låg. Istället är germanium ofta dopat med föroreningar för att öka dess ledningsförmåga. Doping innebär att man lägger till små mängder främmande atomer (antingen grupp III eller grupp V element) till germaniumkristallgittret.
N - typ dopning
När germanium är dopat med grupp V-element som fosfor (P), arsenik (As) eller antimon (Sb), har dessa element en valenselektron mer än germanium. Den extra elektronen är relativt löst bunden och kan lätt bli en fri elektron. Denna typ av dopning skapar en halvledare av n-typ, där majoriteten av laddningsbärarna är elektroner.
Konduktiviteten hos en halvledare av n-typ bestäms huvudsakligen av koncentrationen av donatorföroreningarna ((N_d)). Formeln för ledningsförmågan hos en halvledare av n-typ är (\sigma = nq\mu_e), där (n\approx N_d) (förutsatt full jonisering av donatorerna). Till exempel, om vi dopar germanium med en donatorkoncentration på (N_d = 1\x10^{16} cm^{-3}), och använder elektronmobiliteten (\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\
&=0,624 S/cm
\end{align*}
]
P - typ Doping
Å andra sidan, när germanium är dopat med grupp III-element såsom bor (B), aluminium (Al) eller gallium (Ga), har dessa element en valenselektron mindre än germanium. Detta skapar hål i valensbandet, och halvledaren blir p - typ, där majoriteten av laddningsbärarna är hål. Konduktiviteten för halvledare av ap - typ ges av (\sigma = pq\mu_h), där (p) är hålkoncentrationen, som är ungefär lika med acceptorkoncentrationen ((N_a)) vid full jonisering av acceptorerna.
Elektrisk ledningsförmåga i ett 2-tums Ge-substrat
När vi talar om ett 2-tums Ge-substrat, styrs den övergripande elektriska ledningsförmågan hos substratet fortfarande av faktorerna som nämns ovan. Emellertid kan storleken och tillverkningsprocessen för substratet införa några ytterligare överväganden.
Substratets 2-tums diameter innebär en viss ytarea och tjocklek. Under tillverkningsprocessen strävar man efter att säkerställa enhetlig dopning och kristallkvalitet över hela substratet. Eventuella inhomogeniteter i dopningskoncentration eller kristalldefekter kan leda till variationer i elektrisk ledningsförmåga över substratet.
För våra 2-tums Ge-substrat använder vi avancerade tillverkningstekniker för att säkerställa högkvalitativa kristaller med enhetlig dopning. Våra substrat är noggrant bearbetade för att minimera kristalldefekter som dislokationer och staplingsfel, vilket kan sprida laddningsbärare och minska konduktiviteten.
Tillämpningar och rollen för elektrisk konduktivitet
Den elektriska ledningsförmågan hos ett 2-tums Ge-substrat är avgörande för ett brett spektrum av applikationer.
Fotodetektorer
I fotodetektortillämpningar påverkar germaniumsubstratets ledningsförmåga enhetens hastighet och känslighet. En högre konduktivitet kan möjliggöra snabbare laddningsuppsamling, vilket är viktigt för höghastighetsfotodetektion. Germanium har en hög absorptionskoefficient för infrarött ljus, och dess konduktivitet kan justeras för att optimera prestandan hos infraröda fotodetektorer.
Integrerade kretsar
Germanium undersöks som ett alternativ till kisel i vissa integrerade kretsapplikationer. Konduktiviteten hos germaniumsubstratet kan påverka prestandan hos transistorer och andra komponenter i kretsen. Genom att styra dopningen och därmed konduktiviteten kan vi designa kretsar med specifika elektriska egenskaper.
Våra 2-tums Ge-substraterbjudanden
Som leverantör erbjuder vi en mängd olika 2-tums Ge-substrat med olika dopningsnivåer och elektriska konduktiviteter för att möta våra kunders olika behov. Oavsett om du behöver ett substrat av n-typ med hög konduktivitet för en höghastighetsenhet eller ett substrat av ap-typ med en specifik konduktivitet för en integrerad kretsapplikation, kan vi förse dig med rätt produkt.
Utöver våra 2-tums Ge-substrat levererar vi även2 tum, 4 tum, 6 tum och 8 tum Ge-substrat. Våra substrat är av högsta kvalitet, med strikta kvalitetskontrollåtgärder på plats under hela tillverkningsprocessen.
Kontakta oss för upphandling
Om du är intresserad av våra 2-tums Ge-substrat eller har specifika krav gällande elektrisk ledningsförmåga, uppmuntrar vi dig att kontakta oss för upphandling och vidare diskussioner. Vårt team av experter är redo att hjälpa dig att välja det mest lämpliga substratet för din applikation. Vi kan tillhandahålla detaljerade tekniska specifikationer och prover på begäran.
Referenser
- Streetman, BG, & Banerjee, SK (2006). Solid State elektroniska enheter. Prentice Hall.
- Sze, SM (1981). Halvledarenheters fysik. Wiley - Interscience.