¿Cuándo usar qué semiconductor?

Entonces sé que el silicio es el semiconductor más común que existe. Pero también sé que hay innumerables otras opciones; carburo de silicio, germanio, aleación de SiGe, arseniuro de galio, fosfuro de aluminio y galio, el telururo de mercurio cadmio que suena aterrador ...

Entonces, ¿qué propiedades harían que un diseñador de dispositivos elija una sobre las otras? Entiendo que para los LED y los diodos láser que coinciden con la banda prohibida para dar la energía fotónica correcta sería una de las razones, pero ¿hay otras?

El germanio solía ser el semiconductor de elección, pero el silicio lo arrancó bastante pronto y ahora es casi imposible encontrar componentes de germanio. ¿Porqué es eso? Del mismo modo, ya nadie usa los rectificadores de selenio (aunque tienen desventajas más obvias, como el voltaje de descomposición inversa ridículamente bajo y su tamaño físico).

Hay muchos signos de interrogación en esta pregunta; Espero que no sean demasiados. Si bien tengo curiosidad por esto, también me gustaría convertirlo en un recurso para que otros lo usen, por lo que traté de cubrir la mayor cantidad de terreno posible sin alejarme demasiado del tema.

El silicio tiene muchas ventajas que lo han convertido en el material semiconductor dominante:

• Un óxido nativo. Esto es clave para el desarrollo del MOSFET.
• Relativamente buena robustez física. Algunos otros materiales de la competencia son más frágiles, lo que lleva a pérdidas en la producción simplemente debido a la rotura mecánica de las obleas.
• Abundancia en la naturaleza. El silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre, lo que facilita su extracción, aunque el refinamiento a la pureza necesaria para la electrónica sigue siendo un esfuerzo significativo.

Además, dado que el silicio se usa tanto, las economías de escala hacen que sea mucho más barato producir chips o dispositivos en silicio que en otros semiconductores.

Entonces, si el silicio hará el trabajo, casi siempre elegiremos el silicio para lograr un bajo costo.

Podríamos elegir otros materiales si necesitamos

• Un material de separación directa, típicamente para fuentes ópticas como LED.
• Un bandgap específico. Por ejemplo, para fotodiodos para detectar longitudes de onda de 1550 nm, se necesita un intervalo de banda inferior a aproximadamente 0,8 eV.
• Alta movilidad del operador, que permite dispositivos de mayor frecuencia. Para esto, verá materiales como SiGe, GaAs, GaN o InP utilizados.
• Una constante de red específica, para cultivar un material epitaxialmente sobre un sustrato de otro material. La capacidad de diseñar tanto la red reticular como la banda prohibida es la razón por la que se ven compuestos ternarios y cuaternarios como GaAlAsP.

Dejaré de lado la cuestión de cómo se eligen los dopantes porque 1) no sé casi nada al respecto, y 2) la elección de los dopantes es probablemente diferente para cada material semiconductor.