رقائق الجيرمانيومتستخدم في البصريات تحت الحمراء، وكشافات الإشعاع، والخلايا الشمسية عالية الكفاءة، والأجهزة الفوتونية والهياكل شبه الموصلة المتخصصة.على الرغم من أن الجرمنيوم من النوع p والجرمنيوم من النوع n لديهما نفس الهيكل البلورى الأساسى، يمكن أن تختلف أدائها الكهربائي والبصري بشكل كبير.
اختيار نوع التوصيل الصحيح يتطلب أكثر من تحديد نوع p أو نوع n. نوع المنشطات ، وتركيز الناقل ، والمقاومة ، والتنقل ، وتوجيه البلورات ،يجب أن تتطابق كل من التشطيب السطحي ودرجة حرارة العمل مع التطبيق.
يوضح هذا الدليل الاختلافات الرئيسية بين رقائق الجيرمانيوم من النوع p والنوع n ويوفر إطار عملي لاختيار المواد.
الجيرمانيوم النقي هو أشباه الموصلات الأساسية مع هيكل بلورية كوبي الماس. عند درجة حرارة الغرفة ، تساهم الإلكترونات والثقوب التي يتم إنشاؤها حراريًا في توصيلها الجوهري.
يتم إدخال كميات مسؤولة من المضادات أثناء نمو الكريستال أو تصنيع الجهاز لتغيير نوع الناقل المهيمن.
يتم تحديد نوع الموصلات عن طريق التوازن بين المانحين النشطين كهربائياً والمقبولين، وليس ببساطة من خلال وجود impurity واحد.
إذا كانت تركيزات الجهاز المانح تتجاوز تركيزات المستقبل ، فإن المادة تتصرف على أنها من النوع n. إذا كانت تركيزات المستقبل أعلى ، فإنها تتصرف على أنها من النوع p. تُعرف هذه العلاقة باسم التعويض.
يتم إنتاج الجيرمانيوم من النوع P عادة باستخدام عناصر المقبول من المجموعة الثالثة.
تتضمن المواد المضادة للقبول النموذجية:
تحتوي هذه المواد على إلكترون قيمة واحد أقل من الجيرمانيوم. عند دمجها في الشبكة ، فإنها تخلق حالات المقبول وتزيد من تركيز الثقب.
غالبًا ما يستخدم الغاليوم في بلورات الجيرمانيوم السائبة لأن فصل السلوك الكهربائي يمكن التحكم فيه أثناء نمو البلور. يمكن أيضًا استخدام البورون ،خاصة في معالجة أشباه الموصلات وتشكيل التقاطعات.
الجيرمانيوم من النوع N يستخدم عادة عناصر المانحة من المجموعة الخامسة.
تتضمن المواد المضادة للجهاز المانح النموذجية:
هذه العناصر لديها إلكترون قيمة واحد أكثر من الجيرمانيوم وتساهم الإلكترونات في نظام التوصيل.
قد يكون تحقيق ارتفاع عالٍ جدًا في النوع n في الجيرمانيوم أصعب من إنتاج مادة مشابهة من النوع p.يجب التحكم بعناية في التنشيط والذوبان أثناء معالجة الجهازأبحاث عن جرمانيوم المنشطات تحدد الانتشار المفرط من المنشطات من النوع n كتحدي مهم عند إنشاء مناطق المنشطات محددة بدقة.مراجعة الانتشار والتنشيط المضاد في الجيرمانيوم
| الممتلكات | الجيرمانيوم من النوع P | الجيرمانيوم من النوع N |
|---|---|---|
| الناقل الأغلبية | الثقوب | الإلكترونات |
| المواد الدوائية النموذجية | ب، غ، في | P، As، Sb |
| الحركة القصوى في المجال المنخفض | أقل من الإلكترونات | أعلى من الثقوب |
| دور إلكتروني نموذجي | المواد الأساسية، طبقات النوع p، هياكل الكشف | الرواسب الموصلة للإلكترونات ومناطق التقاطع من النوع n |
| الملاءمة البصرية للأشعة تحت الحمراء | يعتمد على المقاومة وامتصاص الناقل الحر | يعتمد على المقاومة وامتصاص الناقل الحر |
| مسألة التحكم الرئيسية | تركيز المستقبل والتعويض | تنشيط المانحين والانتشار والتعويض |
يجب تحديد القيم اللازمة لوحة معينة عن طريق القياس بدلاً من الاستنتاج فقط من اسم المزايد.
المقاومة هي واحدة من أهم معايير الشراء لوفحات الجيرمانيوم. إنها توفر مؤشرا غير مباشر لتركيز الحامل النشط كهربائيا وتحركه.
بالنسبة للمواد التي يهيمن عليها نوع حامل واحد ، يمكن تقريب المقاومة على النحو التالي:
ρ=1qnμn\rho = \frac{1}{q n \mu_n}بالنسبة للمواد من النوع n، أو:
ρ=1qpμp\rho = \frac{1}{q p \mu_p}بالنسبة للمواد من النوع p، حيث:
تظهر هذه العلاقة لماذا لا تتوافق نفس المقاومة بالضرورة مع نفس تركيز الدوبنت في الجيرمانيوم من النوع p والنوع n. الإلكترونات والثقوب لها تحركات مختلفة.
لوحات المقاومة المنخفضة تحتوي على تركيز مرتفع نسبياً من الناقلات النشطة كهربائياً. ويمكن اختيارها عندما:
ومع ذلك، فإن زيادة تركيز الناقل الحر يمكن أن يزيد من امتصاص الأشعة تحت الحمراء. لذلك قد لا يكون رقاقة منخفضة المقاومة مناسبة لكون عازل الأشعة تحت الحمراء.
تحتوي المواد ذات المقاومة العالية على عدد أقل من الناقلين الحرين ويمكن أن توفر امتصاصًا أقل للناقلين الحرين. يمكن أن تكون مفيدة ل:
القيمة العالية للمقاومة وحدها لا تضمن أداء مستوى الكاشف أو المستوى البصري. العيوب الكريستالية والشوائب المتبقية ومدة حياة الناقل والتكافل المكاني مهمون أيضًا.
الجيرمانيوم معروف بحركة الناقل العالية. عند درجة حرارة الغرفة ، يمكن أن تقترب الحركة القصوى للإلكترونات في الجيرمانيوم المضغوط خفيفًا من:
هذه القيم المرجعية تنخفض مع ارتفاع تركيز المنشطات لأن زيادة انتشار الشوائب تقيد حركة الناقل. تتغير الحركة أيضًا بقوة مع درجة الحرارة.بيانات المعهد Ioffe عن الخصائص الكهربائية للجرمانيوم
نظرًا لأن الإلكترونات تتحرك بشكل عام بسهولة أكبر عبر شبكة الجيرمانيوم من الثقوب ، يمكن للمواد من النوع n توفير توصيل أعلى من المواد من النوع p في نفس تركيز الناقل.
ومع ذلك، لا ينبغي أن يستند اختيار الشريحة إلى القيم القصوى للحركة وحدها.
بالنسبة للألواح ذات الدرجة الجهازية ، تستخدم قياسات تأثير هال عادة لتحديد نوع الموصلات وتركيز الناقل والتنقل.
يستخدم الجيرمانيوم على نطاق واسع في البصريات تحت الحمراء بسبب قدرته على نقل الأشعة تحت الحمراء في الموجات المتوسطة والطويلة ، ومؤشر الانكسار العالي والخصائص الميكانيكية الجيدة.
يتم استخدام البصريات الجيرمانية النموذجية تقريبًا في منطقة 2 ′′ 14 μm ، على الرغم من أن نطاق النقل العملي يعتمد على نقاء المواد ، والسمك ، والحرارة ،تصميم التشطيب السطحي والطلاء.
الجيرمانيوم غير شفافة في الطيف المرئي. تظهر نافذة الجيرمانيوم المنتهية عادةً مظلمة أو معدنية للعين البشرية أثناء إرسال أطوال موجة تحت الحمراء المختارة.
الإلكترونات الحرة والثقوب يمكن أن تمتص الإشعاع تحت الحمراء. مع زيادة تركيز الناقل ، يصبح امتصاص الناقل الحر بشكل عام أكثر أهمية.
مستوى الامتصاص يعتمد على:
هذا يعني أن رقائق النوع p والنوع n ذات المقاومة الاسمية نفسها قد لا يكون لها انتقال الأشعة تحت الحمراء متطابقة.
يلاحظ مراجعة لبلورات الجيرمانيوم الفردية للفوتونيات أن الدوبينج ودرجة حرارة التشغيل يمكن أن تؤثر بشكل كبير على امتصاص الأشعة تحت الحمراء.لذلك يجب تحديد الجيرمانيوم البصري باستخدام المتطلبات الكهربائية والبصرية على حد سواءبلورات الجيرمانيوم الفردية للفوتونيات
غالبًا ما تستخدم المكونات البصرية تحت الحمراء الجرمنيوم مع المقاومة المتحكم فيها للحد من امتصاص الناقل الحر. ومع ذلك ، لا يوجد نطاق واحد من المقاومة صحيح عالميًا لكل نظام بصري.
القيمة المطلوبة تعتمد على:
بالنسبة للتطبيقات المتطلبة، يجب على المشتري تحديد منحنى الانتقال أو معامل امتصاص بدلاً من الاعتماد فقط على قيمة المقاومة الدنيا.
يُعتبر الجيرمانيوم من النوع P عادةً للنوافذ الأشعة تحت الحمراء والعدسات والمكونات الإنتقالية الأخرى. يمكن للمواد من النوع p التي يتم التحكم فيها بشكل صحيح توفير أداء الأشعة تحت الحمراء المناسب ،خاصة عندما يتم الحفاظ على تركيز الناقل داخل النطاق المطلوب.
المزايا المحتملة تشمل:
ومع ذلك ، فإن التركيز المفرط للمقبل يزيد من امتصاص الثقب الحر. يجب اختيار المقاومة الصحيحة لطول المسار البصري ومدى موجة النطاق.
يمكن استخدام الجيرمانيوم من النوع N أيضاً لتطبيقات الأشعة تحت الحمراء، ولكن يجب تقييم امتصاص الإلكترونات الحرة بعناية.العلاقة بين المقاومة، كثافة الناقل والامتصاص البصري يختلف عن مواد النوع p.
يمكن اختيار المواد من النوع N عندما:
بالنسبة للنورات المنقولة بحتة ، يجب التعامل مع نوع الموصلات كجزء من مواصفات المواد البصرية بدلاً من افتراض أنها قابلة للتبادل.
لعب الجيرمانيوم دورًا مهمًا تاريخيًا في الكشف عن الأشعة تحت الحمراء والإشعاع. يدعم فجوة النطاق الصغيرة نسبيًا وتحرك الناقل العالي توليد وتجميع الشحنة بكفاءة.
تتضمن تطبيقات أجهزة الكشف:
تتطلب أجهزة الكشف عن الجيرمانيوم عالية النقاء تركيزات الشوائب أقل بكثير من تلك المستخدمة في رقائق إلكترونية عادية. يجب أن يكون للمواد ذات المستوى الكشفية توحيد كبير ممتاز ،حياة حامل طويلة وعيوب نشطة كهربائيا خاضعة للسيطرة الشديدة.
في هذه التطبيقات ، يمكن أن تصف مصطلحات p-type و n-type الدفع الصافي بعد تعويض تركيزات المانح والمقبول الصغيرة جدًا لبعضها البعض.
يتم استخدام رقائق الجيرمانيم على نطاق واسع كغلاف للخلايا الشمسية متعددة التقاطعات عالية الكفاءة من نوع III-V.يقدم الركيزة الجيرمانية دعماً ميكانيكياً ويمكن أن تعمل أيضًا كالتقاطع الضوئي السفلي.
وتشمل المعايير الهامة:
غالبًا ما تستخدم مواد الجرمنيوم من النوع P في هياكل خلايا الطاقة الشمسية متعددة المقاطعات ، ولكن المواصفات الدقيقة تعتمد على التصميم البصري وتكوين المقاطع.
الجيرمانيوم متوافق مع مجموعة من التقنيات الفوتونية والإلكترونية القائمة على السيليكون. تشمل التطبيقات:
يمكن أن تدعم تحركات الالكترونات والثقوب العالية لجرمنيوم نقل الناقلات عالية السرعة.استجابتها البصرية في الأشعة تحت الحمراء القريبة تجعلها مفيدة أيضًا للكشف الضوئي بالقرب من أطوال موجة الاتصالات.
في هذه التطبيقات ، يجب تحسين الدوبينج جنبا إلى جنب مع تصميم التقاطع والإجهاد وسماكة الطبقة ومقاومة اللمس.
نوع التوصيل هو جزء واحد فقط من مواصفات رقائق الجيرمانيوم.
عادة ما يتم توفير رقائق الجيرمانيم في:
يعتمد التوجه المناسب على العملية الشوكية وتصميم الجهاز وسلوك الانقسام والمتطلبات البصرية أو الميكانيكية.
يمكن أن تشمل ظروف السطح المتاحة:
بالنسبة للنمو البصري ومعالجة أشباه الموصلات ، فإن خشونة السطح ، وأضرار تحت السطح ، والنظافة وحالة الأكسيد الأصلية تتطلب مراقبة دقيقة.
يمكن أن تستخدم رقائق البصرية تحت الحمراء مواصفات سطحية مختلفة اعتمادا على ما إذا كانت ستتم معالجتها إلى عدسات أو نوافذ أو مرشحات أو مكونات بصرية مغلفة.
يجب أن يتضمن طلب اقتباس كامل المعلومات التالية.
| التطبيق | أولوية اختيار نموذجية |
|---|---|
| نافذة أو عدسة تحت الحمراء | النقل والاستيعاب والمقاومة والسمك والطلاء |
| كاشف الصور | نوع التوصيل، وتركيز الناقل، ومدة الحياة ونوعية السطح |
| كاشف الإشعاع | نقاء فائق الارتفاع، التعويض، عيوب البلورات وتيار التسرب |
| خلايا شمسية متعددة التقاطعات | مواصفات النوع P ، التوجه ، التقطيع والانتهاء الجاهز للجسم |
| جهاز إلكتروني | أنواع المواد المضادة، المقاومة، الحركة والسلوك في الاتصال |
| جهاز فوتوني | الامتصاص البصري، ملف التعاطي، جودة السطح وعملية التكامل |
| الركيزة البحثية | التوجه، نوع الموصلات، المقاومة والتسامح الأبعاد |
نوع الموصلات لا يحدد المقاومة أو تركيز الناقل أو الحركة. يجب إدراج هذه القيم بشكل منفصل.
يمكن أن يكون للجرمنيوم من النوع P والجرمنيوم من النوع n امتصاص ناقل حر مختلف لأن الإلكترونات والثقوب لها تحركات واستجابات بصرية مختلفة.
لا تساهم كل ذرة مضاعفة بحامل نشط. يجب النظر في التعويض والتنشيط.
تتغير تركيز الناقل ، والتنقل ، ومؤشر الانكسار ، وامتصاص الأشعة تحت الحمراء مع درجة الحرارة. وهذا مهم بشكل خاص في أنظمة التصوير الحراري عالية درجة الحرارة وأجهزة الكشف التخفيفية.
قد تتطلب رقاقة نصف موصلة جاهزة للتشعيب والقشرة البصرية معايير مختلفة جداً لإعداد السطح والنظافة والتفتيش.
الفرق الرئيسي بين رقائق الجيرمانيوم من النوع p والنوع n هو حامل الشحنة المهيمن: الثقوب في المواد من النوع p والإلكترونات في المواد من النوع n. يؤثر هذا التمييز على المقاومة ،التنقلسلوك الاتصال وامتصاص الأشعة تحت الحمراء
الجيرمانيوم من النوع P يستخدم عادة المقبولين البور أو الغاليوم أو الإنديوم ، في حين أن الجيرمانيوم من النوع n يستخدم مانحين الفوسفور أو الزرنيخ أو الأنتيمون. لأن تحرك الإلكترونات هو عموما أعلى من تحرك الثقب,يجب مراعاة نوع الموصلات عند تحويل المقاومة إلى تركيز الناقل وأداء الجهاز.
بالنسبة لتطبيقات الأشعة تحت الحمراء، لا النوع p ولا النوع n متفوق تلقائيًا. يعتمد الاختيار الصحيح على طول الموجة، والهدف الإرسالي، وسماكة اللوحة،درجة حرارة التشغيل وامتصاص الناقل الحر المسموح بهلذلك يجب أن تجمع المواصفات الموثوقة نوع الموصلات مع متطلبات الدوبانت والمقاومة والنقل البصري والتوجيه والهندسة وجودة السطح.
رقائق الجيرمانيومتستخدم في البصريات تحت الحمراء، وكشافات الإشعاع، والخلايا الشمسية عالية الكفاءة، والأجهزة الفوتونية والهياكل شبه الموصلة المتخصصة.على الرغم من أن الجرمنيوم من النوع p والجرمنيوم من النوع n لديهما نفس الهيكل البلورى الأساسى، يمكن أن تختلف أدائها الكهربائي والبصري بشكل كبير.
اختيار نوع التوصيل الصحيح يتطلب أكثر من تحديد نوع p أو نوع n. نوع المنشطات ، وتركيز الناقل ، والمقاومة ، والتنقل ، وتوجيه البلورات ،يجب أن تتطابق كل من التشطيب السطحي ودرجة حرارة العمل مع التطبيق.
يوضح هذا الدليل الاختلافات الرئيسية بين رقائق الجيرمانيوم من النوع p والنوع n ويوفر إطار عملي لاختيار المواد.
الجيرمانيوم النقي هو أشباه الموصلات الأساسية مع هيكل بلورية كوبي الماس. عند درجة حرارة الغرفة ، تساهم الإلكترونات والثقوب التي يتم إنشاؤها حراريًا في توصيلها الجوهري.
يتم إدخال كميات مسؤولة من المضادات أثناء نمو الكريستال أو تصنيع الجهاز لتغيير نوع الناقل المهيمن.
يتم تحديد نوع الموصلات عن طريق التوازن بين المانحين النشطين كهربائياً والمقبولين، وليس ببساطة من خلال وجود impurity واحد.
إذا كانت تركيزات الجهاز المانح تتجاوز تركيزات المستقبل ، فإن المادة تتصرف على أنها من النوع n. إذا كانت تركيزات المستقبل أعلى ، فإنها تتصرف على أنها من النوع p. تُعرف هذه العلاقة باسم التعويض.
يتم إنتاج الجيرمانيوم من النوع P عادة باستخدام عناصر المقبول من المجموعة الثالثة.
تتضمن المواد المضادة للقبول النموذجية:
تحتوي هذه المواد على إلكترون قيمة واحد أقل من الجيرمانيوم. عند دمجها في الشبكة ، فإنها تخلق حالات المقبول وتزيد من تركيز الثقب.
غالبًا ما يستخدم الغاليوم في بلورات الجيرمانيوم السائبة لأن فصل السلوك الكهربائي يمكن التحكم فيه أثناء نمو البلور. يمكن أيضًا استخدام البورون ،خاصة في معالجة أشباه الموصلات وتشكيل التقاطعات.
الجيرمانيوم من النوع N يستخدم عادة عناصر المانحة من المجموعة الخامسة.
تتضمن المواد المضادة للجهاز المانح النموذجية:
هذه العناصر لديها إلكترون قيمة واحد أكثر من الجيرمانيوم وتساهم الإلكترونات في نظام التوصيل.
قد يكون تحقيق ارتفاع عالٍ جدًا في النوع n في الجيرمانيوم أصعب من إنتاج مادة مشابهة من النوع p.يجب التحكم بعناية في التنشيط والذوبان أثناء معالجة الجهازأبحاث عن جرمانيوم المنشطات تحدد الانتشار المفرط من المنشطات من النوع n كتحدي مهم عند إنشاء مناطق المنشطات محددة بدقة.مراجعة الانتشار والتنشيط المضاد في الجيرمانيوم
| الممتلكات | الجيرمانيوم من النوع P | الجيرمانيوم من النوع N |
|---|---|---|
| الناقل الأغلبية | الثقوب | الإلكترونات |
| المواد الدوائية النموذجية | ب، غ، في | P، As، Sb |
| الحركة القصوى في المجال المنخفض | أقل من الإلكترونات | أعلى من الثقوب |
| دور إلكتروني نموذجي | المواد الأساسية، طبقات النوع p، هياكل الكشف | الرواسب الموصلة للإلكترونات ومناطق التقاطع من النوع n |
| الملاءمة البصرية للأشعة تحت الحمراء | يعتمد على المقاومة وامتصاص الناقل الحر | يعتمد على المقاومة وامتصاص الناقل الحر |
| مسألة التحكم الرئيسية | تركيز المستقبل والتعويض | تنشيط المانحين والانتشار والتعويض |
يجب تحديد القيم اللازمة لوحة معينة عن طريق القياس بدلاً من الاستنتاج فقط من اسم المزايد.
المقاومة هي واحدة من أهم معايير الشراء لوفحات الجيرمانيوم. إنها توفر مؤشرا غير مباشر لتركيز الحامل النشط كهربائيا وتحركه.
بالنسبة للمواد التي يهيمن عليها نوع حامل واحد ، يمكن تقريب المقاومة على النحو التالي:
ρ=1qnμn\rho = \frac{1}{q n \mu_n}بالنسبة للمواد من النوع n، أو:
ρ=1qpμp\rho = \frac{1}{q p \mu_p}بالنسبة للمواد من النوع p، حيث:
تظهر هذه العلاقة لماذا لا تتوافق نفس المقاومة بالضرورة مع نفس تركيز الدوبنت في الجيرمانيوم من النوع p والنوع n. الإلكترونات والثقوب لها تحركات مختلفة.
لوحات المقاومة المنخفضة تحتوي على تركيز مرتفع نسبياً من الناقلات النشطة كهربائياً. ويمكن اختيارها عندما:
ومع ذلك، فإن زيادة تركيز الناقل الحر يمكن أن يزيد من امتصاص الأشعة تحت الحمراء. لذلك قد لا يكون رقاقة منخفضة المقاومة مناسبة لكون عازل الأشعة تحت الحمراء.
تحتوي المواد ذات المقاومة العالية على عدد أقل من الناقلين الحرين ويمكن أن توفر امتصاصًا أقل للناقلين الحرين. يمكن أن تكون مفيدة ل:
القيمة العالية للمقاومة وحدها لا تضمن أداء مستوى الكاشف أو المستوى البصري. العيوب الكريستالية والشوائب المتبقية ومدة حياة الناقل والتكافل المكاني مهمون أيضًا.
الجيرمانيوم معروف بحركة الناقل العالية. عند درجة حرارة الغرفة ، يمكن أن تقترب الحركة القصوى للإلكترونات في الجيرمانيوم المضغوط خفيفًا من:
هذه القيم المرجعية تنخفض مع ارتفاع تركيز المنشطات لأن زيادة انتشار الشوائب تقيد حركة الناقل. تتغير الحركة أيضًا بقوة مع درجة الحرارة.بيانات المعهد Ioffe عن الخصائص الكهربائية للجرمانيوم
نظرًا لأن الإلكترونات تتحرك بشكل عام بسهولة أكبر عبر شبكة الجيرمانيوم من الثقوب ، يمكن للمواد من النوع n توفير توصيل أعلى من المواد من النوع p في نفس تركيز الناقل.
ومع ذلك، لا ينبغي أن يستند اختيار الشريحة إلى القيم القصوى للحركة وحدها.
بالنسبة للألواح ذات الدرجة الجهازية ، تستخدم قياسات تأثير هال عادة لتحديد نوع الموصلات وتركيز الناقل والتنقل.
يستخدم الجيرمانيوم على نطاق واسع في البصريات تحت الحمراء بسبب قدرته على نقل الأشعة تحت الحمراء في الموجات المتوسطة والطويلة ، ومؤشر الانكسار العالي والخصائص الميكانيكية الجيدة.
يتم استخدام البصريات الجيرمانية النموذجية تقريبًا في منطقة 2 ′′ 14 μm ، على الرغم من أن نطاق النقل العملي يعتمد على نقاء المواد ، والسمك ، والحرارة ،تصميم التشطيب السطحي والطلاء.
الجيرمانيوم غير شفافة في الطيف المرئي. تظهر نافذة الجيرمانيوم المنتهية عادةً مظلمة أو معدنية للعين البشرية أثناء إرسال أطوال موجة تحت الحمراء المختارة.
الإلكترونات الحرة والثقوب يمكن أن تمتص الإشعاع تحت الحمراء. مع زيادة تركيز الناقل ، يصبح امتصاص الناقل الحر بشكل عام أكثر أهمية.
مستوى الامتصاص يعتمد على:
هذا يعني أن رقائق النوع p والنوع n ذات المقاومة الاسمية نفسها قد لا يكون لها انتقال الأشعة تحت الحمراء متطابقة.
يلاحظ مراجعة لبلورات الجيرمانيوم الفردية للفوتونيات أن الدوبينج ودرجة حرارة التشغيل يمكن أن تؤثر بشكل كبير على امتصاص الأشعة تحت الحمراء.لذلك يجب تحديد الجيرمانيوم البصري باستخدام المتطلبات الكهربائية والبصرية على حد سواءبلورات الجيرمانيوم الفردية للفوتونيات
غالبًا ما تستخدم المكونات البصرية تحت الحمراء الجرمنيوم مع المقاومة المتحكم فيها للحد من امتصاص الناقل الحر. ومع ذلك ، لا يوجد نطاق واحد من المقاومة صحيح عالميًا لكل نظام بصري.
القيمة المطلوبة تعتمد على:
بالنسبة للتطبيقات المتطلبة، يجب على المشتري تحديد منحنى الانتقال أو معامل امتصاص بدلاً من الاعتماد فقط على قيمة المقاومة الدنيا.
يُعتبر الجيرمانيوم من النوع P عادةً للنوافذ الأشعة تحت الحمراء والعدسات والمكونات الإنتقالية الأخرى. يمكن للمواد من النوع p التي يتم التحكم فيها بشكل صحيح توفير أداء الأشعة تحت الحمراء المناسب ،خاصة عندما يتم الحفاظ على تركيز الناقل داخل النطاق المطلوب.
المزايا المحتملة تشمل:
ومع ذلك ، فإن التركيز المفرط للمقبل يزيد من امتصاص الثقب الحر. يجب اختيار المقاومة الصحيحة لطول المسار البصري ومدى موجة النطاق.
يمكن استخدام الجيرمانيوم من النوع N أيضاً لتطبيقات الأشعة تحت الحمراء، ولكن يجب تقييم امتصاص الإلكترونات الحرة بعناية.العلاقة بين المقاومة، كثافة الناقل والامتصاص البصري يختلف عن مواد النوع p.
يمكن اختيار المواد من النوع N عندما:
بالنسبة للنورات المنقولة بحتة ، يجب التعامل مع نوع الموصلات كجزء من مواصفات المواد البصرية بدلاً من افتراض أنها قابلة للتبادل.
لعب الجيرمانيوم دورًا مهمًا تاريخيًا في الكشف عن الأشعة تحت الحمراء والإشعاع. يدعم فجوة النطاق الصغيرة نسبيًا وتحرك الناقل العالي توليد وتجميع الشحنة بكفاءة.
تتضمن تطبيقات أجهزة الكشف:
تتطلب أجهزة الكشف عن الجيرمانيوم عالية النقاء تركيزات الشوائب أقل بكثير من تلك المستخدمة في رقائق إلكترونية عادية. يجب أن يكون للمواد ذات المستوى الكشفية توحيد كبير ممتاز ،حياة حامل طويلة وعيوب نشطة كهربائيا خاضعة للسيطرة الشديدة.
في هذه التطبيقات ، يمكن أن تصف مصطلحات p-type و n-type الدفع الصافي بعد تعويض تركيزات المانح والمقبول الصغيرة جدًا لبعضها البعض.
يتم استخدام رقائق الجيرمانيم على نطاق واسع كغلاف للخلايا الشمسية متعددة التقاطعات عالية الكفاءة من نوع III-V.يقدم الركيزة الجيرمانية دعماً ميكانيكياً ويمكن أن تعمل أيضًا كالتقاطع الضوئي السفلي.
وتشمل المعايير الهامة:
غالبًا ما تستخدم مواد الجرمنيوم من النوع P في هياكل خلايا الطاقة الشمسية متعددة المقاطعات ، ولكن المواصفات الدقيقة تعتمد على التصميم البصري وتكوين المقاطع.
الجيرمانيوم متوافق مع مجموعة من التقنيات الفوتونية والإلكترونية القائمة على السيليكون. تشمل التطبيقات:
يمكن أن تدعم تحركات الالكترونات والثقوب العالية لجرمنيوم نقل الناقلات عالية السرعة.استجابتها البصرية في الأشعة تحت الحمراء القريبة تجعلها مفيدة أيضًا للكشف الضوئي بالقرب من أطوال موجة الاتصالات.
في هذه التطبيقات ، يجب تحسين الدوبينج جنبا إلى جنب مع تصميم التقاطع والإجهاد وسماكة الطبقة ومقاومة اللمس.
نوع التوصيل هو جزء واحد فقط من مواصفات رقائق الجيرمانيوم.
عادة ما يتم توفير رقائق الجيرمانيم في:
يعتمد التوجه المناسب على العملية الشوكية وتصميم الجهاز وسلوك الانقسام والمتطلبات البصرية أو الميكانيكية.
يمكن أن تشمل ظروف السطح المتاحة:
بالنسبة للنمو البصري ومعالجة أشباه الموصلات ، فإن خشونة السطح ، وأضرار تحت السطح ، والنظافة وحالة الأكسيد الأصلية تتطلب مراقبة دقيقة.
يمكن أن تستخدم رقائق البصرية تحت الحمراء مواصفات سطحية مختلفة اعتمادا على ما إذا كانت ستتم معالجتها إلى عدسات أو نوافذ أو مرشحات أو مكونات بصرية مغلفة.
يجب أن يتضمن طلب اقتباس كامل المعلومات التالية.
| التطبيق | أولوية اختيار نموذجية |
|---|---|
| نافذة أو عدسة تحت الحمراء | النقل والاستيعاب والمقاومة والسمك والطلاء |
| كاشف الصور | نوع التوصيل، وتركيز الناقل، ومدة الحياة ونوعية السطح |
| كاشف الإشعاع | نقاء فائق الارتفاع، التعويض، عيوب البلورات وتيار التسرب |
| خلايا شمسية متعددة التقاطعات | مواصفات النوع P ، التوجه ، التقطيع والانتهاء الجاهز للجسم |
| جهاز إلكتروني | أنواع المواد المضادة، المقاومة، الحركة والسلوك في الاتصال |
| جهاز فوتوني | الامتصاص البصري، ملف التعاطي، جودة السطح وعملية التكامل |
| الركيزة البحثية | التوجه، نوع الموصلات، المقاومة والتسامح الأبعاد |
نوع الموصلات لا يحدد المقاومة أو تركيز الناقل أو الحركة. يجب إدراج هذه القيم بشكل منفصل.
يمكن أن يكون للجرمنيوم من النوع P والجرمنيوم من النوع n امتصاص ناقل حر مختلف لأن الإلكترونات والثقوب لها تحركات واستجابات بصرية مختلفة.
لا تساهم كل ذرة مضاعفة بحامل نشط. يجب النظر في التعويض والتنشيط.
تتغير تركيز الناقل ، والتنقل ، ومؤشر الانكسار ، وامتصاص الأشعة تحت الحمراء مع درجة الحرارة. وهذا مهم بشكل خاص في أنظمة التصوير الحراري عالية درجة الحرارة وأجهزة الكشف التخفيفية.
قد تتطلب رقاقة نصف موصلة جاهزة للتشعيب والقشرة البصرية معايير مختلفة جداً لإعداد السطح والنظافة والتفتيش.
الفرق الرئيسي بين رقائق الجيرمانيوم من النوع p والنوع n هو حامل الشحنة المهيمن: الثقوب في المواد من النوع p والإلكترونات في المواد من النوع n. يؤثر هذا التمييز على المقاومة ،التنقلسلوك الاتصال وامتصاص الأشعة تحت الحمراء
الجيرمانيوم من النوع P يستخدم عادة المقبولين البور أو الغاليوم أو الإنديوم ، في حين أن الجيرمانيوم من النوع n يستخدم مانحين الفوسفور أو الزرنيخ أو الأنتيمون. لأن تحرك الإلكترونات هو عموما أعلى من تحرك الثقب,يجب مراعاة نوع الموصلات عند تحويل المقاومة إلى تركيز الناقل وأداء الجهاز.
بالنسبة لتطبيقات الأشعة تحت الحمراء، لا النوع p ولا النوع n متفوق تلقائيًا. يعتمد الاختيار الصحيح على طول الموجة، والهدف الإرسالي، وسماكة اللوحة،درجة حرارة التشغيل وامتصاص الناقل الحر المسموح بهلذلك يجب أن تجمع المواصفات الموثوقة نوع الموصلات مع متطلبات الدوبانت والمقاومة والنقل البصري والتوجيه والهندسة وجودة السطح.
english
français
Deutsch
Italiano
Русский
Español
português
Nederlandse
ελληνικά
日本語
한국
العربية
Türkçe
polski