Когда использовать какой полупроводник?

Итак, я знаю, что кремний - самый распространенный полупроводник на сегодняшний день. Но я также знаю, что есть множество других вариантов; карбид кремния, германий, сплав SiGe, арсенид галлия, фосфид алюминия-галлия, внушающий ужас звук теллурид ртути и кадмия ...

Итак, какие свойства заставили бы разработчика устройства выбирать одно из других? Я понимаю, что для светодиодов и лазерных диодов, совпадающих с запрещенной зоной, чтобы дать правильную энергию фотона, это будет одной из причин, но есть ли другие?

Раньше германий был предпочтительным полупроводником, но он был выгружен кремнием довольно рано, и теперь почти невозможно найти компоненты германия. Это почему? Кроме того, никто больше не использует селеновые выпрямители (хотя у них есть более очевидные недостатки, такие как смехотворно низкое напряжение обратного пробоя и их физический размер).

В этом вопросе много вопросительных знаков; Я надеюсь, что это не так уж много. Хотя мне самому это интересно, я хотел бы также сделать его ресурсом для других, поэтому я постарался охватить как можно больше вопросов, не отклоняясь от темы.

Кремний имеет много преимуществ, которые сделали его доминирующим полупроводниковым материалом:

• Нативный оксид. Это ключ к развитию MOSFET.
• Относительно хорошая физическая устойчивость. Некоторые другие конкурирующие материалы являются более хрупкими, что приводит к потерям в производстве просто из-за механического разрушения пластин.
• Изобилие в природе. Кремний является вторым наиболее распространенным элементом в земной коре, благодаря чему его легко добывать, хотя доведение его до степени чистоты, необходимой для электроники, все еще требует значительных усилий.

Кроме того, поскольку кремний широко используется, экономия от масштаба делает производство чипов или устройств из кремния намного дешевле, чем в других полупроводниках.

Таким образом, если кремний выполнит свою работу, мы почти всегда выберем кремний для достижения низкой стоимости.

Мы могли бы выбрать другие материалы, если нам нужно

• Материал с прямым зазором, обычно для оптических источников, таких как светодиоды.
• Конкретная запрещенная зона. Например, для фотодиодов для детектирования длины волны 1550 нм требуется ширина запрещенной зоны менее примерно 0,8 эВ.
• Высокая мобильность несущей, что позволяет более высокочастотным устройствам. Для этого вы увидите такие материалы, как SiGe, GaAs, GaN или InP.
• Конкретная постоянная решетки для эпитаксиального выращивания одного материала на подложке другого материала. Способность создавать как постоянную решетки, так и запрещенную зону - вот почему используются тройные и четвертичные соединения, такие как GaAlAsP.

Я оставлю в стороне вопрос о том, как выбираются легирующие примеси, потому что 1) я почти ничего не знаю об этом, и 2) выбор легирующих примесей, вероятно, различен для каждого полупроводникового материала.