¿Qué es un transistor de germanio?

Un transistor de germanio es una variación de un transistor estándar construido sobre el elemento silicio, donde, en cambio, una aleación de silicio-silicio-germanio se usa comúnmente para aumentar la velocidad de transmisión de señales eléctricas. La velocidad individual de los componentes eléctricos se suma como un agregado y, por lo tanto, un conjunto de transistores de germanio puede aumentar significativamente la velocidad de procesamiento de un circuito. El transistor de germanio es anterior a los diseños estándar de silicio, y se usaron comúnmente en los años 50 y 60. Su velocidad de rendimiento o voltaje de corte más bajo es superior al silicio, pero hoy en día solo tienen aplicaciones especializadas.

Los transistores semiconductores de silicio de germanio también se alean con indio, galio o aluminio, y se han utilizado como sustitutos de otra alternativa a los conjuntos de transistores de silicio puro, aquellos construidos con arseniuro de galio. En aplicaciones de células solares, el germanio y el arseniuro de galio se usan juntos ya que tienen patrones de red cristalina similares. Las aplicaciones ópticas son un lugar común donde se emplea un transistor de germanio ahora, en parte porque el metal de germanio puro es transparente a la radiación infrarroja.

Las aleaciones de germanio ofrecen velocidades de transmisión mejoradas en circuitos de alta velocidad sobre silicio, pero no están exentos de inconvenientes. La mayoría de las propiedades de un transistor de germanio caen por debajo de las de un transistor de silicio estándar, incluida la distribución de potencia máxima que ofrecen, a alrededor de 6 vatios frente a más de 50 vatios para silicio, y niveles más bajos de ganancia de corriente y frecuencias de funcionamiento. El transistor de germanio también tiene poca estabilidad de temperatura en comparación con el silicio. A medida que aumenta la temperatura, permiten que pase más corriente, lo que finalmente resulta en que se quemen, y los circuitos deben diseñarse para evitar esta posibilidad.

Uno de los mayores inconvenientes de un transistor de germanio es que muestra una fuga actual debido a la tendencia del germanio a desarrollar luxaciones de tornillo. Estos son finos crecimientos de la estructura cristalina, conocidos como bigotes, que, con el tiempo, pueden provocar un cortocircuito en un circuito. La fuga actual de más de 10 microamperios puede ser un método para determinar que un transistor está construido sobre una base de germanio en lugar de silicio.

En comparación con el silicio, el germanio es un metal raro y costoso para la mina. Mientras que el silicio es fácil de obtener como cuarzo en forma cruda, el proceso de refinación de silicio de grado semiconductor (SGS) sigue siendo muy técnico. Sin embargo, no plantea los riesgos para la salud que tiene el germanio, donde se ha demostrado que el germanio y el óxido de germanio producido en el proceso de refinación tienen efectos neurotóxicos en el cuerpo.

Aunque el germanio se usa principalmente como transistores en aplicaciones de células solares y ópticas, el diodo de germanio también se emplea como un componente eléctrico debido a su voltaje de corte más bajo de aproximadamente 0.3 voltios versus 0.7 voltios para diodos de silicio. Esta ventaja única de los componentes semiconductores de germanio los convierte en un objetivo para su incorporación en componentes futuros de alta velocidad, como el transistor de carbono silicio-germanio. Dichos transistores ofrecen los niveles más bajos de transmisión de ruido y son los más adecuados para aplicaciones de radiofrecuencia para osciladores, transmisión de señal inalámbrica y amplificadores. Esto refleja el hecho de que uno de los usos originales de los componentes de germanio hace décadas fue en el diseño de radio.