Als Lieferant von 2-Zoll-Ge-Substraten werde ich oft nach der elektrischen Leitfähigkeit dieser speziellen Materialien gefragt. Germanium (Ge) ist ein bekanntes Halbleitermaterial mit einzigartigen elektrischen Eigenschaften, und das Verständnis seiner Leitfähigkeit im Kontext eines 2-Zoll-Substrats ist für verschiedene Anwendungen von entscheidender Bedeutung.
Germanium als Halbleiter verstehen
Germanium ist ein Element der Gruppe IV im Periodensystem. Es hat eine diamantähnliche Kristallstruktur, die ihm Halbleitereigenschaften verleiht. Die elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern liegt zwischen der von Leitern (z. B. Metallen) und der von Isolatoren (z. B. Keramik). Die Leitfähigkeit eines Halbleiters wie Ge hängt stark von Faktoren wie Temperatur, Dotierungskonzentration und Kristallqualität ab.
In seiner reinen Form ist Germanium ein intrinsischer Halbleiter. Bei der absoluten Nulltemperatur sind alle Valenzelektronen im Germanium fest an ihre Atome gebunden und es gibt keine freien Ladungsträger (Elektronen oder Löcher), sodass die Leitfähigkeit Null ist. Wenn die Temperatur steigt, gewinnen einige Valenzelektronen genug Energie, um sich aus ihren kovalenten Bindungen zu lösen, wodurch Elektron-Loch-Paare entstehen. Diese freien Elektronen und Löcher können sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes bewegen und so zur elektrischen Leitung beitragen.
Die intrinsische Ladungsträgerkonzentration ((n_i)) von Germanium beträgt bei Raumtemperatur (ca. 300 K) ungefähr (2,4\times10^{13} cm^{- 3}). Die elektrische Leitfähigkeit ((\sigma)) eines intrinsischen Halbleiters ergibt sich aus der Formel (\sigma = n_iq(\mu_e+\mu_h)), wobei (q) die Elementarladung ((q = 1,6\times10^{-19} C)), (\mu_e) die Elektronenmobilität und (\mu_h) die Lochmobilität ist. Für Germanium beträgt die Elektronenmobilität (\mu_e\ca.3900 cm^{2}/V\cdot s) und die Lochmobilität (\mu_h\ca.1900 cm^{2}/V\cdot s).
Berechnung der Eigenleitfähigkeit von Germanium bei Raumtemperatur:
[
\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\
&\ungefähr2,2\times10^{-2} S/cm
\end{align*}
]
Dotierung und ihr Einfluss auf die elektrische Leitfähigkeit
In den meisten praktischen Anwendungen wird reines Germanium nicht verwendet, da seine Leitfähigkeit relativ gering ist. Stattdessen wird Germanium häufig mit Verunreinigungen dotiert, um seine Leitfähigkeit zu erhöhen. Beim Dotieren werden dem Germaniumkristallgitter kleine Mengen Fremdatome (Elemente der Gruppe III oder V) hinzugefügt.
N-Typ-Dotierung
Wenn Germanium mit Elementen der Gruppe V wie Phosphor (P), Arsen (As) oder Antimon (Sb) dotiert ist, haben diese Elemente ein Valenzelektron mehr als Germanium. Das zusätzliche Elektron ist relativ locker gebunden und kann leicht zu einem freien Elektron werden. Durch diese Art der Dotierung entsteht ein Halbleiter vom n-Typ, in dem die Mehrheit der Ladungsträger Elektronen sind.
Die Leitfähigkeit eines Halbleiters vom n-Typ wird hauptsächlich durch die Konzentration der Donorverunreinigungen ((N_d)) bestimmt. Die Formel für die Leitfähigkeit eines Halbleiters vom n-Typ lautet (\sigma = nq\mu_e), wobei (n\ungefähr N_d) (unter der Annahme einer vollständigen Ionisierung der Donatoren). Wenn wir beispielsweise Germanium mit einer Donatorkonzentration von (N_d = 1\times10^{16} cm^{-3}) dotieren und die Elektronenmobilität (\mu_e = 3900 cm^{2}/V\cdot s) verwenden:
[
\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-Dotierung
Wenn Germanium hingegen mit Elementen der Gruppe III wie Bor (B), Aluminium (Al) oder Gallium (Ga) dotiert ist, haben diese Elemente ein Valenzelektron weniger als Germanium. Dadurch entstehen Löcher im Valenzband und der Halbleiter wird zum p-Typ, wobei die Mehrheit der Ladungsträger Löcher sind. Die Leitfähigkeit eines Halbleiters vom p-Typ wird durch (\sigma = pq\mu_h) angegeben, wobei (p) die Lochkonzentration ist, die im Fall einer vollständigen Ionisierung der Akzeptoren ungefähr der Akzeptorkonzentration ((N_a)) entspricht.
Elektrische Leitfähigkeit in einem 2-Zoll-Ge-Substrat
Wenn wir von einem 2-Zoll-Ge-Substrat sprechen, wird die gesamte elektrische Leitfähigkeit des Substrats immer noch von den oben genannten Faktoren bestimmt. Allerdings können die Größe und der Herstellungsprozess des Substrats einige zusätzliche Überlegungen mit sich bringen.
Der Durchmesser des Substrats von 2 Zoll impliziert eine bestimmte Oberfläche und Dicke. Beim Herstellungsprozess wird darauf geachtet, eine gleichmäßige Dotierung und Kristallqualität über das gesamte Substrat hinweg sicherzustellen. Jegliche Inhomogenität der Dotierungskonzentration oder Kristalldefekte können zu Schwankungen der elektrischen Leitfähigkeit im gesamten Substrat führen.
Für unsere 2-Zoll-Ge-Substrate verwenden wir fortschrittliche Fertigungstechniken, um hochwertige Kristalle mit gleichmäßiger Dotierung zu gewährleisten. Unsere Substrate werden sorgfältig verarbeitet, um Kristallfehler wie Versetzungen und Stapelfehler zu minimieren, die Ladungsträger streuen und die Leitfähigkeit verringern können.
Anwendungen und die Rolle der elektrischen Leitfähigkeit
Die elektrische Leitfähigkeit eines 2-Zoll-Ge-Substrats ist für eine Vielzahl von Anwendungen von entscheidender Bedeutung.
Fotodetektoren
Bei Fotodetektoranwendungen beeinflusst die Leitfähigkeit des Germaniumsubstrats die Geschwindigkeit und Empfindlichkeit des Geräts. Eine höhere Leitfähigkeit kann eine schnellere Ladungssammlung ermöglichen, was für die Hochgeschwindigkeits-Fotodetektion wichtig ist. Germanium hat einen hohen Absorptionskoeffizienten für Infrarotlicht und seine Leitfähigkeit kann angepasst werden, um die Leistung von Infrarot-Fotodetektoren zu optimieren.
Integrierte Schaltkreise
Germanium wird als Alternative zu Silizium in einigen Anwendungen für integrierte Schaltkreise untersucht. Die Leitfähigkeit des Germaniumsubstrats kann die Leistung von Transistoren und anderen Komponenten in der Schaltung beeinflussen. Durch die Steuerung der Dotierung und damit der Leitfähigkeit können wir Schaltkreise mit spezifischen elektrischen Eigenschaften entwerfen.
Unsere 2-Zoll-Ge-Substratangebote
Als Lieferant bieten wir eine Vielzahl von 2-Zoll-Ge-Substraten mit unterschiedlichen Dotierungsniveaus und elektrischen Leitfähigkeiten an, um den unterschiedlichen Anforderungen unserer Kunden gerecht zu werden. Ganz gleich, ob Sie ein n-Typ-Substrat mit hoher Leitfähigkeit für ein Hochgeschwindigkeitsgerät oder ein ap-Typ-Substrat mit einer spezifischen Leitfähigkeit für eine integrierte Schaltkreisanwendung benötigen, wir können Ihnen das richtige Produkt liefern.
Zusätzlich zu unseren 2-Zoll-Ge-Substraten liefern wir auch2 Zoll, 4 Zoll, 6 Zoll und 8 Zoll Ge-Substrat. Unsere Substrate sind von höchster Qualität und unterliegen während des gesamten Herstellungsprozesses strengen Qualitätskontrollmaßnahmen.
Kontaktieren Sie uns für die Beschaffung
Wenn Sie an unseren 2-Zoll-Ge-Substraten interessiert sind oder spezielle Anforderungen an die elektrische Leitfähigkeit haben, empfehlen wir Ihnen, uns für die Beschaffung und weitere Gespräche zu kontaktieren. Unser Expertenteam unterstützt Sie gerne bei der Auswahl des am besten geeigneten Substrats für Ihre Anwendung. Auf Anfrage stellen wir Ihnen gerne detaillierte technische Spezifikationen und Muster zur Verfügung.
Referenzen
- Streetman, BG, & Banerjee, SK (2006). Elektronische Halbleitergeräte. Prentice Hall.
- Sze, SM (1981). Physik von Halbleiterbauelementen. Wiley – Interscience.