Como fornecedor de substratos Ge de 2 polegadas, sou frequentemente questionado sobre a condutividade elétrica desses materiais especializados. O germânio (Ge) é um material semicondutor bem conhecido que possui propriedades elétricas únicas, e compreender sua condutividade no contexto de um substrato de 2 polegadas é crucial para diversas aplicações.
Compreendendo o germânio como semicondutor
O germânio é um elemento do Grupo IV da tabela periódica. Possui estrutura cristalina semelhante ao diamante, o que lhe confere características semicondutoras. Os semicondutores têm condutividade elétrica entre condutores (como metais) e isolantes (como cerâmica). A condutividade de um semicondutor como o Ge é altamente dependente de fatores como temperatura, concentração de dopagem e qualidade do cristal.
Na sua forma pura, o germânio é um semicondutor intrínseco. Na temperatura zero absoluto, todos os elétrons de valência do germânio estão fortemente ligados aos seus átomos e não há portadores de carga livre (elétrons ou lacunas), então a condutividade é zero. À medida que a temperatura aumenta, alguns elétrons de valência ganham energia suficiente para se libertarem de suas ligações covalentes, criando pares elétron-buraco. Esses elétrons e lacunas livres podem se mover sob a influência de um campo elétrico, contribuindo para a condução elétrica.
A concentração intrínseca de portadores ((n_i)) do germânio à temperatura ambiente (cerca de 300 K) é aproximadamente (2,4\times10^{13} cm^{- 3}). A condutividade elétrica ((\sigma)) de um semicondutor intrínseco é dada pela fórmula (\sigma = n_iq(\mu_e+\mu_h)), onde (q) é a carga elementar ((q = 1,6\times10^{-19} C)), (\mu_e) é a mobilidade do elétron, e (\mu_h) é a mobilidade do buraco. Para o germânio, a mobilidade do elétron (\mu_e\approx3900 cm^{2}/V\cdot s) e a mobilidade do buraco (\mu_h\approx1900 cm^{2}/V\cdot s).
Cálculo da condutividade intrínseca do germânio à temperatura ambiente:
[
\begin{alinhar*}
cisigma&=n_iq(\mu_e + \mu_h)\
&=(2,4\vezes10^{13} cm^{-3})\vezes(1,6\vezes10^{-19} C)\vezes(3900 + 1900)cm^{2}/V\cponto s\
&=(2,4\vezes10^{13})\vezes(1,6\vezes10^{-19})\vezes5800 S/cm\
&\aprox2,2\vezes10^{-2} S/cm
\end{alinhar*}
]
Doping e seu impacto na condutividade elétrica
Na maioria das aplicações práticas, o germânio puro não é utilizado porque a sua condutividade é relativamente baixa. Em vez disso, o germânio é frequentemente dopado com impurezas para aumentar a sua condutividade. A dopagem envolve a adição de pequenas quantidades de átomos estranhos (elementos do Grupo III ou do Grupo V) à rede cristalina do germânio.
N - tipo Doping
Quando o germânio é dopado com elementos do Grupo V, como fósforo (P), arsênico (As) ou antimônio (Sb), esses elementos têm um elétron de valência a mais que o germânio. O elétron extra está relativamente fracamente ligado e pode facilmente se tornar um elétron livre. Este tipo de dopagem cria um semicondutor do tipo n, onde os portadores de carga majoritários são elétrons.
A condutividade de um semicondutor do tipo n é determinada principalmente pela concentração das impurezas doadoras ((N_d)). A fórmula para a condutividade de um semicondutor tipo n é (\sigma = nq\mu_e), onde (n\approx N_d) (assumindo ionização total dos doadores). Por exemplo, se doparmos germânio com uma concentração de doador de (N_d = 1\times10^{16} cm^{-3}), e usando a mobilidade eletrônica (\mu_e = 3900 cm^{2}/V\cdot s):
[
\begin{alinhar*}
\sigma&=nq\mu_e\
&=(1\vezes10^{16} cm^{-3})\vezes(1,6\vezes10^{-19} C)\vezes3900 cm^{2}/V\cdot s\
&=0,624 S/cm
\end{alinhar*}
]
P - tipo Doping
Por outro lado, quando o germânio é dopado com elementos do Grupo III, como boro (B), alumínio (Al) ou gálio (Ga), esses elementos têm um elétron de valência a menos que o germânio. Isso cria buracos na banda de valência, e o semicondutor se torna do tipo p, onde a maioria dos portadores de carga são buracos. A condutividade do semicondutor tipo ap é dada por (\sigma = pq\mu_h), onde (p) é a concentração de buracos, que é aproximadamente igual à concentração do aceitador ((N_a)) no caso de ionização total dos aceitadores.
Condutividade elétrica em um substrato Ge de 2 polegadas
Quando falamos sobre um substrato Ge de 2 polegadas, a condutividade elétrica geral do substrato ainda é governada pelos fatores mencionados acima. Contudo, o tamanho e o processo de fabricação do substrato podem introduzir algumas considerações adicionais.
O diâmetro de 2 polegadas do substrato implica uma certa área de superfície e espessura. Durante o processo de fabricação, são feitos esforços para garantir dopagem uniforme e qualidade do cristal em todo o substrato. Quaisquer heterogeneidades na concentração de dopagem ou defeitos no cristal podem levar a variações na condutividade elétrica através do substrato.
Para nossos substratos Ge de 2 polegadas, usamos técnicas avançadas de fabricação para garantir cristais de alta qualidade com dopagem uniforme. Nossos substratos são cuidadosamente processados para minimizar defeitos cristalinos, como deslocamentos e falhas de empilhamento, que podem dispersar portadores de carga e reduzir a condutividade.
Aplicações e o papel da condutividade elétrica
A condutividade elétrica de um substrato Ge de 2 polegadas é crucial para uma ampla gama de aplicações.
Fotodetectores
Em aplicações de fotodetectores, a condutividade do substrato de germânio afeta a velocidade e a sensibilidade do dispositivo. Uma condutividade mais alta pode permitir uma coleta de carga mais rápida, o que é importante para a fotodetecção em alta velocidade. O germânio possui um alto coeficiente de absorção de luz infravermelha e sua condutividade pode ser ajustada para otimizar o desempenho dos fotodetectores infravermelhos.
Circuitos Integrados
O germânio está sendo explorado como alternativa ao silício em algumas aplicações de circuitos integrados. A condutividade do substrato de germânio pode influenciar o desempenho dos transistores e outros componentes do circuito. Ao controlar a dopagem e, portanto, a condutividade, podemos projetar circuitos com características elétricas específicas.
Nossas ofertas de substrato Ge de 2 polegadas
Como fornecedor, oferecemos uma variedade de substratos Ge de 2 polegadas com diferentes níveis de dopagem e condutividades elétricas para atender às diversas necessidades de nossos clientes. Se você precisa de um substrato tipo n de alta condutividade para um dispositivo de alta velocidade ou um substrato tipo ap com uma condutividade específica para uma aplicação de circuito integrado, podemos fornecer o produto certo.
Além de nossos substratos Ge de 2 polegadas, também fornecemosSubstrato Ge de 2 polegadas, 4 polegadas, 6 polegadas e 8 polegadas. Nossos substratos são da mais alta qualidade, com rigorosas medidas de controle de qualidade em vigor durante todo o processo de fabricação.
Contate-nos para compras
Se você estiver interessado em nossos substratos Ge de 2 polegadas ou tiver requisitos específicos em relação à condutividade elétrica, encorajamos você a entrar em contato conosco para aquisição e discussões adicionais. Nossa equipe de especialistas está pronta para auxiliá-lo na seleção do substrato mais adequado para sua aplicação. Podemos fornecer especificações técnicas detalhadas e amostras mediante solicitação.
Referências
- Streetman, BG e Banerjee, SK (2006). Dispositivos eletrônicos de estado sólido. Salão Prentice.
- Sze, SM (1981). Física de Dispositivos Semicondutores. Wiley - Interciência.