Πλακέτες από γερμανικόχρησιμοποιούνται σε υπέρυθρες οπτικές, ανιχνευτές ακτινοβολίας, ηλιακά κύτταρα υψηλής απόδοσης, φωτονικές συσκευές και εξειδικευμένες δομές ημιαγωγών.Αν και το γερμανικό τύπου p και n έχουν την ίδια βασική κρυσταλλική δομή, οι ηλεκτρικές και οπτικές τους επιδόσεις μπορούν να διαφέρουν σημαντικά.

Η επιλογή του σωστού τύπου αγωγιμότητας απαιτεί κάτι περισσότερο από το να προσδιοριστεί “π-τύπος” ή “n-τύπος”. “Τα είδη ντόπαντος, η συγκέντρωση φορέα, η αντίσταση, η κινητικότητα, ο κρυσταλλικός προσανατολισμός,Η επιφάνεια και η θερμοκρασία λειτουργίας πρέπει να ταιριάζουν με την εφαρμογή.

Ο οδηγός αυτός εξηγεί τις κύριες διαφορές μεταξύ των πλακών γερμανίου τύπου p και τύπου n και παρέχει ένα πρακτικό πλαίσιο για την επιλογή υλικών.

Τι κάνει το γερμανικό τύπο P ή N;

Το καθαρό γερμανικό είναι ένα στοιχειώδες ημιαγωγό με δομή διαμαντιού- κυβικού κρυστάλλου.

Ελεγχόμενες ποσότητες ντοπαντών εισάγονται κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των κρυστάλλων ή της κατασκευής συσκευών για να αλλάξει ο κυρίαρχος τύπος φορέα.

• Γερμανίου τύπου P:Οι τρύπες είναι οι κύριοι φορείς.
• Γερμανίου τύπου N:Τα ηλεκτρόνια είναι οι κύριοι φορείς.
• Εμφυτελές ή υψηλής καθαρότητας γερμανικό:ούτε οι προσφιλείς ούτε οι προσφιλείς ακαθαρσίες κυριαρχούν.

Ο τύπος αγωγιμότητας καθορίζεται από την ισορροπία μεταξύ ηλεκτρικά ενεργών δωρητών και δέκτων, όχι απλώς από την παρουσία μιας ακαθαρσίας.

Εάν η συγκέντρωση του δότη υπερβαίνει την συγκέντρωση του δέκτη, το υλικό συμπεριφέρεται ως n-τύπου.

Συνήθως χρησιμοποιούμενα συμπληρωματικά για πλακίδια γερμανίου

Δοπτικά γερμανίου τύπου P

Το γερμανικό τύπου P παράγεται συνήθως χρησιμοποιώντας στοιχεία αποδέκτη της ομάδας III.

Τα τυπικά ντοπαντικά δέκτες περιλαμβάνουν:

• Βόριο·
• Γάλλιο
• Ινδίου.

Όταν ενσωματώνονται στο πλέγμα, δημιουργούν καταστάσεις αποδέκτη και αυξάνουν τη συγκέντρωση της τρύπας.

Το γκάλιο χρησιμοποιείται συχνά σε χονδρικούς κρυστάλλους γερμανίου, επειδή ο διαχωρισμός του και η ηλεκτρική του συμπεριφορά μπορούν να ελεγχθούν κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης του κρυστάλλου.ειδικότερα στην επεξεργασία ημιαγωγών και στο σχηματισμό συνδέσεων.

Δοπτικά γερμανίου τύπου N

Το γερμανικό τύπου N χρησιμοποιεί συνήθως στοιχεία δότης της ομάδας V.

Τα τυπικά δορυφορικά ντοπαντικά περιλαμβάνουν:

• Φωσφόρος
• Αρσενικό·
• Αντιμόνιο.

Αυτά τα στοιχεία έχουν ένα περισσότερο ηλεκτρόνιο βαλενσίας από το γερμανικό και συνεισφέρουν ηλεκτρόνια στο σύστημα αγωγιμότητας.

Η επίτευξη πολύ υψηλής ντόπινγκ τύπου n στο γερμανικό μπορεί να είναι πιο δύσκολη από την παραγωγή συγκρίσιμου υλικού τύπου p.η ενεργοποίηση και η διαλυτότητα πρέπει να ελέγχονται προσεκτικά κατά την επεξεργασία του προϊόντοςΗ έρευνα σχετικά με το ντόπινγκ γερμανίου προσδιορίζει την υπερβολική διάχυση ντοπιόντων n-τύπου ως μια σημαντική πρόκληση κατά τη δημιουργία οξιά καθορισμένων ντοπιόντων περιοχών.Επισκόπηση της διασποράς και της ενεργοποίησης του ντοπαντικού στο γερμανικό

Π-τύπος έναντι N-τύπου γερμανίου σε μια ματιά

Οι τιμές που απαιτούνται για μια συγκεκριμένη πλάκα θα πρέπει να καθορίζονται με τη μέτρηση και όχι να συμπεραίνονται μόνο από το όνομα του συμπληρωτικού.

Αντίσταση και συγκέντρωση φορέα

Η αντίσταση είναι μία από τις σημαντικότερες παραμέτρους αγοράς για τα πλακίδια γερμανίου.

Για ένα υλικό που κυριαρχείται από έναν τύπο φορέα, η αντίσταση μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:

για υλικό τύπου n, ή:

για υλικό τύπου p, όπου:

• ΠΡΟΣΟΧΗείναι η αντίσταση·
• ΚΚείναι το στοιχειώδες φορτίο·
• εείναι η συγκέντρωση ηλεκτρονίων·
• ppείναι η συγκέντρωση της τρύπας·
• Μn\ mu_nείναι η κινητικότητα των ηλεκτρονίων·
• μp\mu_pείναι η κινητικότητα της τρύπας.

Αυτή η σχέση δείχνει γιατί η ίδια αντίσταση δεν αντιστοιχεί απαραίτητα στην ίδια συγκέντρωση ντοπαντικού στο γερμανικό τύπου p και n. Τα ηλεκτρόνια και οι τρύπες έχουν διαφορετική κινητικότητα.

Γερμανίμιο χαμηλής αντίστασης

Οι πλάκες χαμηλής αντίστασης περιέχουν σχετικά υψηλή συγκέντρωση ηλεκτρικά ενεργών φορέων.

• Απαιτείται χαμηλή ηλεκτρική αντίσταση.
• Ο σχηματισμός επαφής με τον Ωμ είναι σημαντικός.
• Η πλάκα αποτελεί μέρος της δομής μιας αγωγού συσκευής·
• Η υψηλή πυκνότητα φορέα είναι απαραίτητη για τη σύνδεση ή την μηχανική επαφής.

Ωστόσο, η αυξημένη συγκέντρωση του ελεύθερου φορέα μπορεί να αυξήσει την απορρόφηση του υπέρυθρου.

Γερμανίμιο υψηλής αντίστασης

Το υλικό υψηλής αντοχής περιέχει λιγότερους ελεύθερους φορείς και μπορεί να προσφέρει χαμηλότερη απορρόφηση ελεύθερων φορέων.

• Οπτική μεταφοράς υπέρυθρων ίντρων·
• Κατασκευή ανιχνευτών ακτινοβολίας·
• δομές χαμηλής διαρροής·
• Εφαρμογές που απαιτούν ελεγχόμενη συγκέντρωση φορέα.

Η υψηλή τιμή αντίστασης από μόνη της δεν εγγυάται τις επιδόσεις ανιχνευτικού ή οπτικού επιπέδου.

Κινητικότητα φορέα στο γερμανικό

Το γερμανίμιο είναι γνωστό για την υψηλή κινητικότητα φορέα.

• Κινητικότητα ηλεκτρονίων:μέχρι περίπου 3,900 cm2/V·s·
• Κινητικότητα τρύπας:μέχρι περίπου 1.900 cm2/V·s.

Αυτές οι τιμές αναφοράς μειώνονται καθώς η συγκέντρωση ντόπινγκ αυξάνεται, επειδή η αυξημένη διασπορά των προσμείξεων περιορίζει την κίνηση του φορέα.Δεδομένα του Ινστιτούτου Ioffe για τις ηλεκτρικές ιδιότητες του γερμανίου

Επειδή τα ηλεκτρόνια γενικά κινούνται πιο εύκολα μέσα από το πλέγμα γερμανίου από ό, τι οι τρύπες, το υλικό τύπου n μπορεί να παρέχει υψηλότερη αγωγιμότητα από το υλικό τύπου p στην ίδια συγκέντρωση φορέα.

Ωστόσο, η επιλογή των πλακών δεν πρέπει να βασίζεται μόνο στις μέγιστες τιμές κινητικότητας.

• συγκέντρωση του ντοπαντικού·
• αναλογία αντιστάθμισης·
• Ελαττώματα κρυστάλλων.
• Διάσπαση;
• θερμοκρασία·
• Δυνατότητα ηλεκτρικού πεδίου·
• κατάσταση της επιφάνειας·
• Επεξεργασία ιστορικού.

Για τα πλακίδια συσκευής, οι μετρήσεις του αποτελέσματος Hall χρησιμοποιούνται συνήθως για τον προσδιορισμό του τύπου αγωγιμότητας, της συγκέντρωσης φορέα και της κινητικότητας.

Γιατί το Ντόπινγκ Επηρεάζει τις Υπερύθριες Επιδόσεις

Το γερμανίμιο χρησιμοποιείται ευρέως για την υπέρυθρη οπτική λόγω της ευρείας ικανότητας μεταφοράς υπέρυθρων μεσαίων και μακρών κυμάτων, του υψηλού δείκτη διάθλασης και των καλών μηχανικών ιδιοτήτων του.

Τα τυπικά οπτικά του γερμανίου χρησιμοποιούνται περίπου στην περιοχή των 2·14 μm, αν και το πρακτικό εύρος μετάδοσης εξαρτάται από την καθαρότητα του υλικού, το πάχος, τη θερμοκρασία, την ποιότητα, το μέγεθος και το μέγεθος του υλικού.σχεδιασμός της επιφάνειας και της επικάλυψης.

Ένα τελικό παράθυρο γερμανίου εμφανίζεται συνήθως σκούρο ή μεταλλικό στο ανθρώπινο μάτι ενώ μεταδίδει επιλεγμένα υπέρυθρα μήκη κύματος.

Απορρόφηση ελεύθερου φορέα

Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια και οι τρύπες μπορούν να απορροφήσουν την υπέρυθρη ακτινοβολία.

Το επίπεδο απορρόφησης εξαρτάται από:

• τύπος φορέα·
• συγκέντρωση φορέα·
• κινητικότητα·
• μήκος κύματος·
• θερμοκρασία·
• μήκος οπτικής διαδρομής.

Αυτό σημαίνει ότι οι πλάκες τύπου p και τύπου n με την ίδια ονομαστική αντίσταση ενδέχεται να μην έχουν την ίδια υπέρυθρη μετάδοση.

Μια ανασκόπηση των μονοκρυστάλλων γερμανίου για τη φωτονική σημειώνει ότι το ντόπινγκ και η θερμοκρασία λειτουργίας μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά την απορρόφηση του υπέρυθρου.Επομένως, το οπτικό γερμανίμιο πρέπει να προσδιορίζεται με βάση τόσο τις ηλεκτρικές όσο και τις οπτικές απαιτήσεις. Μονοκρυστάλλοι γερμανίου για φωτονική

Αντίσταση για την υπέρυθρη οπτική

Τα υπέρυθρα οπτικά εξαρτήματα χρησιμοποιούν συχνά γερμανίο με ελεγχόμενη αντίσταση για να περιορίσουν την απορρόφηση του ελεύθερου φορέα.

Η απαιτούμενη τιμή εξαρτάται από:

• Διάστημα λειτουργίας:
• πάχος του συστατικού·
• στόχος μετάδοσης·
• εύρος θερμοκρασίας·
• εάν η οπτική είναι επικαλυμμένη·
• Επιτρεπόμενη απορρόφηση και θερμική φόρτιση.

Για απαιτητικές εφαρμογές, ο αγοραστής θα πρέπει να καθορίζει καμπύλη μετάδοσης ή συντελεστή απορρόφησης αντί να βασίζεται μόνο σε ελάχιστη τιμή αντίστασης.

Γερμανίου τύπου P για υπέρυθρες οπτικές

Το γερμανικό τύπου P θεωρείται συνήθως για τα υπέρυθρα παράθυρα, τους φακούς και άλλα μεταδοτικά εξαρτήματα.ειδικά όταν η συγκέντρωση του φορέα διατηρείται εντός του απαιτούμενου εύρους.

Τα πιθανά πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν:

• Διαθεσιμότητα σε κρυστάλλους οπτικής ποιότητας.
• Ελεγχόμενο ντόπινγκ αποδεκτών·
• Συμβατότητα με κοινές οπτικές διαδικασίες κατασκευής γερμανίου.
• Κατάλληλη για παράθυρα, φακούς και στοιχεία θερμικής απεικόνισης.

Ωστόσο, η υπερβολική συγκέντρωση δέκτη αυξάνει την απορρόφηση ελεύθερης τρύπας.

Γερμανίμιο τύπου N για υπέρυθρες οπτικές

Το γερμανικό τύπου N μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για εφαρμογές υπέρυθρου, αλλά η απορρόφηση ελεύθερων ηλεκτρονίων πρέπει να αξιολογείται προσεκτικά.η σχέση μεταξύ της αντίστασης, η πυκνότητα του φορέα και η οπτική απορρόφηση διαφέρουν από το υλικό τύπου p.

Το υλικό τύπου N μπορεί να επιλεγεί όταν:

• Απαιτείται ειδική ηλεκτρονική λειτουργία·
• Η οπτική συνιστώσα είναι ενσωματωμένη σε δομή ημιαγωγών.
• Το σχεδιασμό του ανιχνευτή ή της συσκευής απαιτεί υλικό που έχει δοθεί από δότη·
• Οι ηλεκτρικές και οι οπτικές λειτουργίες πρέπει να συνδυάζονται.

Για την καθαρά διαπεραστική οπτική, ο τύπος αγωγιμότητας θα πρέπει να θεωρείται μέρος της προδιαγραφής του οπτικού υλικού και όχι να θεωρείται ότι είναι εναλλάξιμος.

Βάφρες γερμανίου για ανιχνευτές υπέρυθρου

Το γερμανίμιο έχει ιστορικά διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην ανίχνευση υπέρυθρων και ακτινοβολίας.

Οι εφαρμογές των ανιχνευτών περιλαμβάνουν:

• Φωτοανιχνευτές κοντινού υπέρυθρου·
• Φασματοσκόπηση ακτίνων γάμμα·
• ανίχνευση με ακτίνες Χ·
• Ανιχνευτές κρυογενούς ακτινοβολίας·
• Φωτοαγωγικές συσκευές έρευνας.

Οι ανιχνευτές γερμανίου υψηλής καθαρότητας απαιτούν συγκεντρώσεις ακαθαρσιών πολύ χαμηλότερες από εκείνες που χρησιμοποιούνται σε συνηθισμένες ηλεκτρονικές πλάκες.μακρά διάρκεια ζωής φορέα και αυστηρά ελεγχόμενα ηλεκτρικά ενεργά ελαττώματα.

Για αυτές τις εφαρμογές, οι όροι “p-type” και “n-type” μπορούν να περιγράψουν την καθαρή αγωγιμότητα μετά από πολύ μικρές συγκεντρώσεις δότη και δέκτη που αντισταθμίζονται μεταξύ τους.

Πλακέτες γερμανίου σε ηλιακά κύτταρα πολυσύνδεσης

Οι πλάκες γερμανίου χρησιμοποιούνται ευρέως ως υπόστρωμα για τα ηλιακά κύτταρα πολυσύνδεσης υψηλής απόδοσης III-V.Το υπόστρωμα γερμανίου παρέχει μηχανική υποστήριξη και μπορεί επίσης να λειτουργήσει ως η κάτω φωτοβολταϊκή διασταύρωση.

Σημαντικές παραμέτρους είναι:

• Τύπος αγωγιμότητας·
• συγκέντρωση του ντοπαντικού·
• Προσανατολισμός των κρυστάλλων·
• γωνία διακοπής·
• Προετοιμασία της επιφάνειας·
• Επιταξιακή συμβατότητα.
• πυκνότητα εξάρθρωσης·
• πάχος της πλάκας·
• Πλώρη και δίνη.

Τα υποστρώματα γερμανίου τύπου P χρησιμοποιούνται συχνά σε δομές ηλιακών κυψελών πολλαπλών συνόδων, αλλά η ακριβής προδιαγραφή εξαρτάται από το επιταξιακό σχεδιασμό και τη διαμόρφωση των συνόδων.

Γερμανίου για φωτονική και συσκευές υψηλής ταχύτητας

Το γερμανικό είναι συμβατό με μια σειρά από φωτονικές και ηλεκτρονικές τεχνολογίες με βάση το πυρίτιο.

• Φωτοανιχνευτές για οπτικές επικοινωνίες·
• Φωτονική πυριτίου·
• Τρανζίστορες υψηλής ταχύτητας·
• δομές Ge-on-Si·
• Πλατφόρμες με μονωτήρες στη θέση της γης·
• Υπερκόκκινοι καθοδηγητές κυμάτων·
• Οπτικοί διαμορφωτές.

Η υψηλή κινητικότητα των ηλεκτρονίων και των τρυπών του γερμανίου μπορεί να υποστηρίξει τη μεταφορά μεταφορέα υψηλής ταχύτητας.Η οπτική ανταπόκριση του στο κοντινό υπέρυθρο το καθιστά επίσης χρήσιμο για φωτοανίχνευση κοντά σε μήκη κύματος τηλεπικοινωνιών.

Σε αυτές τις εφαρμογές, πρέπει να βελτιστοποιηθεί η ντόπινγκ μαζί με τον σχεδιασμό των συνδέσεων, την καταπόνηση, το πάχος της στρώσης και την αντοχή στην επαφή.

Προσανατολισμός κρυστάλλων και επιλογές επιφάνειας

Ο τύπος αγωγιμότητας είναι μόνο ένα μέρος της προδιαγραφής μιας πλακέτας γερμανίου.

Κοινό προσανατολισμό

Οι πλάκες γερμανίου διατίθενται συχνά σε:

• (100)
• (110),
• (111).

Ο κατάλληλος προσανατολισμός εξαρτάται από την επιταξιακή διαδικασία, το σχεδιασμό της συσκευής, τη συμπεριφορά διαχωρισμού και τις οπτικές ή μηχανικές απαιτήσεις.

Τελεία επιφάνειας

Οι διαθέσιμες συνθήκες επιφάνειας μπορεί να περιλαμβάνουν:

• Κατεκόπημα·
• Λάππη;
• Έξχαρα;
• Πλαστική μονομερή;
• Δύο πλευρές γυαλισμένες·
• Έτοιμο για επιταξία.

Για την επιταξιακή ανάπτυξη και την επεξεργασία των ημιαγωγών, η τραχύτητα της επιφάνειας, η υποεπιφανειακή βλάβη, η καθαριότητα και η κατάσταση των εγγενών οξειδίων απαιτούν προσεκτικό έλεγχο.

Οι υπέρυθρες οπτικές πλάκες μπορούν να χρησιμοποιούν διαφορετικές προδιαγραφές επιφάνειας ανάλογα με το αν πρόκειται να μεταποιηθούν σε φακούς, παράθυρα, φίλτρα ή επικαλυμμένα οπτικά εξαρτήματα.

Πώς να προσδιορίσετε μια γερμανική πλάκα

Η πλήρης αίτηση προσφοράς πρέπει να περιλαμβάνει τις ακόλουθες πληροφορίες.

Υλικές και ηλεκτρικές ιδιότητες

• Τύπος αγωγιμότητας: p-τύπος, n-τύπος ή υψηλής καθαρότητας·
• είδη συμπληρωμάτων·
• Περιοχή αντίστασης
• συγκέντρωση φορέα, εάν απαιτείται·
• απαίτηση κινητικότητας·
• απαίτηση μέτρησης αίθουσας·
• Αλλαγή ακτινοβολητικής αντίστασης.

Διαστάσεις και Γεωμετρία

• Διάμετρος ή μήκος και πλάτος·
• πάχος και ανοχή·
• Προσανατολισμός των κρυστάλλων·
• ανοχή προσανατολισμού·
• Πρωταρχικές και δευτερογενείς απαιτήσεις για επίπεδα·
• Προφίλ άκρου·
• Συνολική διαφορά πάχους.
• Πλώρη και δίνη.

Απαιτήσεις επιφάνειας

• Μονόπλευρη ή διπλής όψης γυάλωση·
• Ακατέργαστη επιφάνεια.
• Προδιαγραφές γρατζουνιού για οπτική χρήση·
• απαίτηση επιφάνειας ετοιμότητας για επιταξία·
• Αποκλεισμός των ακτών·
• Περιορισμοί σωματιδίων και μόλυνσης.

Οπτικές απαιτήσεις

• Περιοχή λειτουργικού μήκους κύματος·
• Ελάχιστη μετάδοση·
• μέγιστος συντελεστής απορρόφησης·
• απαίτηση δείκτη κάμψης·
• Απαιτήσεις επικάλυψης·
• θερμοκρασία λειτουργίας·
• Καθαρό διάφραγμα.

Πληροφορίες ποιότητας

• Πιστοποιητικό ανάλυσης
• επαλήθευση τύπου αγωγιμότητας·
• Χάρτης αντοχής
• δεδομένα δοκιμής με την επίδραση Hall·
• Έκθεση προσανατολισμού κρυστάλλου.
• έκθεση επιθεώρησης επιφάνειας·
• Πληροφορίες ιχνηλασιμότητας.

Οδηγός επιλογής

Συχνά Λάθη Κατά την Αγορά

Προσδιορισμός μόνο του τύπου P ή του τύπου N

Ο τύπος αγωγιμότητας δεν καθορίζει την αντίσταση, τη συγκέντρωση φορέα ή την κινητικότητα.

Υποθέτοντας την ίδια αντίσταση δίνει την ίδια οπτική απόδοση

Το γερμανικό τύπου P και n μπορεί να έχει διαφορετική απορρόφηση ελεύθερου φορέα επειδή τα ηλεκτρόνια και οι τρύπες έχουν διαφορετικές κινητικότητες και οπτικές απαντήσεις.

Χρησιμοποιώντας ονομαστική συγκέντρωση ντόπαντος αντί της συγκέντρωσης ενεργού φορέα

Δεν συνεισφέρει κάθε άτομο ντόπαντος σε έναν ενεργό φορέα.

Αγνοώντας τη θερμοκρασία λειτουργίας

Η συγκέντρωση, η κινητικότητα, ο δείκτης διάθλασης και η υπέρυθρη απορρόφηση των φορέων ποικίλλουν ανάλογα με τη θερμοκρασία.

Θεραπεία οπτικών και ημιαγωγών πλακών ως ταυτόσημων

Ένα οπτικό κενό και ένα ημιαγωγό πλακάκι έτοιμο για επιταξία μπορεί να απαιτούν πολύ διαφορετικά πρότυπα προετοιμασίας της επιφάνειας, καθαριότητας και επιθεώρησης.

Συμπεράσματα

Η κύρια διαφορά μεταξύ των πλακών γερμανίου p-τύπου και n-τύπου είναι ο κυρίαρχος φορέας φορτίου: τρύπες στο υλικό p-τύπου και ηλεκτρόνια στο υλικό n-τύπου.κινητικότητα, η συμπεριφορά επαφής και η υπέρυθρη πρόσληψη.

Το γερμανικό τύπου P χρησιμοποιεί συνήθως αποδεκτές βορίου, γαλλίου ή ινδίου, ενώ το γερμανικό τύπου n χρησιμοποιεί δωρητές φωσφόρου, αρσενικού ή αντιμόνου.,ο τύπος αγωγιμότητας πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη μετατροπή της αντίστασης σε συγκέντρωση φορέα και απόδοση συσκευής.

Για εφαρμογές υπέρυθρου, ούτε ο τύπος p ούτε ο τύπος n είναι αυτόματα ανώτεροι.θερμοκρασία λειτουργίας και επιτρεπόμενη απορρόφηση του ελεύθερου φορέαΜια αξιόπιστη προδιαγραφή θα πρέπει επομένως να συνδυάζει τον τύπο αγωγιμότητας με τις απαιτήσεις για το ντοπαντικό, την αντίσταση, την οπτική μετάδοση, τον προσανατολισμό, τη γεωμετρία και την ποιότητα της επιφάνειας.