Hvorfor skære i spændingen af ​​silicium er mere end germanium?

1. Båndgap forskel: Silicium har et bredere båndgab (1,12 eV) sammenlignet med germanium (0,67 eV). Båndgab-energien repræsenterer energiforskellen mellem valensbåndet og ledningsbåndet i en halvleder. Et større båndgab betyder, at der kræves mere energi for at excitere elektroner fra valensbåndet til ledningsbåndet, hvilket resulterer i en højere indkoblingsspænding.

2. Effektiv masse af bærere: Den effektive masse af ladningsbærere, især elektroner, er lavere i silicium end i germanium. Det betyder, at elektroner i silicium har en højere mobilitet og kan bevæge sig mere frit i materialet. Som et resultat kræver silicium et højere elektrisk felt for at overvinde den potentielle barriere og starte strømmen, hvilket fører til en højere indkoblingsspænding.

3. Urenhedskoncentration: Germanium er mere tilbøjelig til at inkorporere urenheder og defekter under fremstillingsprocessen sammenlignet med silicium. Disse urenheder kan fungere som rekombinationscentre for ladningsbærere, hvilket reducerer den samlede bærerkoncentration og øger modstanden af ​​halvlederen. Denne øgede modstand kræver en højere spænding for at opnå det samme niveau af strømflow, hvilket bidrager til en højere indkoblingsspænding i germanium.

4. Overfladestater: Silicium har et mere stabilt overfladeoxidlag sammenlignet med germanium. Tilstedeværelsen af ​​overfladetilstande, som er energiniveauer, der indføres ved halvlederoverfladen, kan fange ladningsbærere og hindre strømmen. Siliciums stabile oxidlag hjælper med at passivere disse overfladetilstande og reducerer deres påvirkning, hvilket resulterer i en lavere overfladerekombinationshastighed og en højere indkoblingsspænding.

Sammenfattende bidrager det bredere båndgab, lavere effektive elektronmasse, reducerede urenhedskoncentration og mere stabile overfladeoxidlag i silicium til en højere indkoblingsspænding sammenlignet med germanium. Disse faktorer påvirker materialets iboende egenskaber og påvirker den energi, der kræves for at starte strømmen, hvilket fører til forskellige indkoblingsspændingsværdier for de to halvledere.