Quand utiliser quel semi-conducteur?

Je sais donc que le silicium est de loin le semi-conducteur le plus courant. Mais je sais aussi qu'il existe d'innombrables autres options; carbure de silicium, germanium, alliage SiGe, arséniure de gallium, phosphure d'aluminium et de gallium, tellurure de cadmium et de mercure terrifiant ...

Alors, quelles propriétés inciteraient un concepteur d'appareil à choisir l'un parmi les autres? Je comprends que pour les LED et les diodes laser correspondant à la bande interdite pour donner la bonne énergie photonique serait une raison, mais y en a-t-il d'autres?

Le germanium était le semi-conducteur de choix, mais il a été lancé assez tôt par le silicium, et maintenant il est presque impossible de trouver des composants en germanium. Pourquoi donc? De même, personne n'utilise plus de redresseurs au sélénium (bien qu'ils présentent des inconvénients plus évidents, comme la tension de claquage inverse ridiculement faible et leur taille physique).

Il y a beaucoup de points d'interrogation dans cette question; J'espère que ce n'est pas trop. Bien que je sois curieux à ce sujet moi-même, j'aimerais également en faire une ressource pour les autres, j'ai donc essayé de couvrir autant de terrain que possible sans trop m'éloigner du sujet.

Le silicium présente de nombreux avantages qui en ont fait le matériau semi-conducteur dominant:

• Un oxyde natif. C'est la clé du développement du MOSFET.
• Robustesse physique relativement bonne. Certains autres matériaux concurrents sont plus fragiles, entraînant des pertes de production simplement en raison de la rupture mécanique des plaquettes.
• Abondance dans la nature. Le silicium est le deuxième élément le plus abondant dans la croûte terrestre, ce qui le rend facile à extraire, bien que le raffiner à la pureté nécessaire pour l'électronique soit toujours un effort important.

En outre, étant donné que le silicium est si largement utilisé, les économies d'échelle rendent beaucoup moins cher la production de puces ou de dispositifs en silicium que dans d'autres semi-conducteurs.

Donc, si le silicium fera l'affaire, nous choisirons presque toujours le silicium pour obtenir un faible coût.

Nous pourrions choisir d'autres matériaux si nous avons besoin

• Un matériau à espace direct, généralement pour les sources optiques comme les LED.
• Une bande interdite spécifique. Par exemple, pour les photodiodes permettant de détecter une longueur d'onde de 1550 nm, une bande interdite inférieure à environ 0,8 eV est nécessaire.
• Grande mobilité des porteurs, ce qui permet des appareils à plus haute fréquence. Pour cela, vous verrez des matériaux tels que SiGe, GaAs, GaN ou InP utilisés.
• Constante de réseau spécifique, pour faire croître un matériau épitaxialement sur un substrat d'un autre matériau. La capacité de concevoir à la fois une constante de réseau et une bande interdite est la raison pour laquelle vous voyez des composés ternaires et quaternaires comme GaAlAsP utilisés.

Je laisse de côté la question de savoir comment les dopants sont choisis parce que 1) je n'en sais presque rien et 2) le choix des dopants est probablement différent pour chaque matériau semi-conducteur.