ما هو الجرمانيوم الترانزستور؟

- Mar 13, 2019-

ترانزستور الجرمانيوم هو تباين في ترانزيستور قياسي مبني على عنصر السيليكون ، حيث ، بدلاً من ذلك ، يتم استخدام سبيكة السليكون والجرمانيوم بشكل شائع لزيادة سرعة نقل الإشارات الكهربائية. تضيف سرعة المكونات الكهربائية الفردية كمجموع ، وبالتالي ، يمكن لمصفوفة ترانزستور الجرمانيوم أن تزيد بشكل كبير من سرعة معالجة الدائرة. يسبق ترانزستور الجرمانيوم تصميمات السليكون القياسية ، وكانت تستخدم عادة في الخمسينيات والستينيات. إن سرعتها الإنتاجية أو الفولتية المنخفضة المقطوعة أعلى من السيليكون ، ولكن اليوم ، لا يوجد لديها سوى تطبيقات متخصصة.

ترانزستورات السيليكون أشباه الموصلات الجرمانيوم هي أيضا سبيكة مع الإنديوم ، الغاليوم ، أو الألومنيوم ، وقد استخدمت كبديل لبديل آخر من صفائف الترانزستور السيليكون الخالص ، تلك التي بنيت على زرنيخيد الغاليوم. في تطبيقات الخلايا الشمسية ، يتم استخدام الجرمانيوم وزرنيميد الغاليوم معًا لأن لديهم أنماط شعرية بلورية مماثلة. تطبيقات البصريات هي مكان شائع حيث يتم استخدام الترانزستور الجرمانيوم الآن ، جزئيا لأن معدن الجرمانيوم النقي شفاف للإشعاع تحت الأحمر.

تقدم خلائط الجرمانيوم معدلات نقل معززة في دوائر عالية السرعة فوق السيليكون ، لكنها لا تخلو من عيوبها. تقع معظم خصائص ترانزستور الجرمانيوم أسفل خصائص ترانزستور السيليكون القياسي ، بما في ذلك توزيع الطاقة الأقصى الذي تقدمه ، بحوالي 6 واط مقابل أكثر من 50 واط للسيليكون ، ومستويات أقل من الكسب وترددات التشغيل الحالية. الترانزستور الجرمانيوم أيضا لديه استقرار درجة حرارة رديئة بالمقارنة مع السيليكون. مع زيادة درجة الحرارة ، فإنها تسمح بمرور المزيد من التيار ، مما يؤدي في النهاية إلى احتراقها ، ويجب تصميم الدوائر لمنع هذا الاحتمال.

واحدة من أكبر عيوب الترانزستور الجرمانيوم هو أنه يعرض تسرب الحالي بسبب ميل الجرمانيوم لتطوير خلع المسمار. هذه هي نتاجات جيدة للهيكل البلوري ، والمعروفة باسم شعيرات ، والتي ، مع مرور الوقت ، يمكن أن تقصر الدائرة. يمكن أن يكون التسرب الحالي لأكثر من 10 أمبير صغير طريقة لتحديد أن الترانزستور مبني على قاعدة من الجرمانيوم بدلاً من السيليكون.

بالمقارنة مع السيليكون ، فإن الجرمانيوم معدن نادر ومكلف. في حين أنه من السهل الحصول على السيليكون كالكوارتز في شكله الخام ، فإن عملية تكرير السليكون شبه الموصل (SGS) لا تزال عملية تقنية للغاية. ومع ذلك ، لا تشكل المخاطر الصحية التي تسببها الجرمانيوم ، حيث ثبت أن الجرمانيوم وأكسيد الجرمانيوم المنتج في عملية التكرير لهما آثار سمية عصبية على الجسم.

على الرغم من أن الجرمانيوم يستخدم بشكل أساسي كترانزستورات في الخلايا الشمسية والتطبيقات البصرية ، فإن ديود الجرمانيوم يستخدم أيضًا كمكون كهربائي بسبب انخفاض الجهد الكهربائي عند حوالي 0.3 فولت مقابل 0.7 فولت لثنائيات السيليكون. هذه الميزة الفريدة لمكونات أشباه الموصلات الجرمانيوم تجعلها هدفًا لدمجها في مكونات عالية السرعة في المستقبل ، مثل ترانزستور الكربون السيليكون. تقدم هذه الترانزستورات أدنى مستويات إرسال الضوضاء وهي الأنسب لتطبيقات تردد الراديو للمذبذبات ، ونقل الإشارات اللاسلكية ، ومكبرات الصوت. هذا يعكس حقيقة أن أحد الاستخدامات الأصلية لمكونات الجرمانيوم قبل عقود كان في تصميم الراديو.