1. Differenza di banda proibita: Il silicio ha una banda proibita più ampia (1,12 eV) rispetto al germanio (0,67 eV). L'energia bandgap rappresenta la differenza di energia tra la banda di valenza e la banda di conduzione in un semiconduttore. Un gap di banda maggiore significa che è necessaria più energia per eccitare gli elettroni dalla banda di valenza alla banda di conduzione, con conseguente tensione di interruzione più elevata.
2. Massa effettiva dei vettori: La massa effettiva dei portatori di carica, in particolare degli elettroni, è inferiore nel silicio che nel germanio. Ciò significa che gli elettroni nel silicio hanno una mobilità maggiore e possono muoversi più liberamente all'interno del materiale. Di conseguenza, il silicio richiede un campo elettrico più elevato per superare la barriera di potenziale e avviare il flusso di corrente, portando a una tensione di inserimento più elevata.
3. Concentrazione di impurità: Il germanio è più incline all'incorporazione di impurità e difetti durante il processo di fabbricazione rispetto al silicio. Queste impurità possono agire come centri di ricombinazione per i portatori di carica, riducendo la concentrazione complessiva dei portatori e aumentando la resistenza del semiconduttore. Questa maggiore resistenza richiede una tensione più elevata per ottenere lo stesso livello di flusso di corrente, contribuendo a una tensione di inserimento più elevata nel germanio.
4. Stati della superficie: Il silicio ha uno strato di ossido superficiale più stabile rispetto al germanio. La presenza di stati superficiali, che sono livelli di energia introdotti sulla superficie del semiconduttore, possono intrappolare i portatori di carica e ostacolare il flusso di corrente. Lo strato di ossido stabile del silicio aiuta a passivare questi stati superficiali e ne riduce l'impatto, determinando un tasso di ricombinazione superficiale inferiore e una tensione di inserimento più elevata.
In sintesi, il bandgap più ampio, la massa effettiva inferiore degli elettroni, la ridotta concentrazione di impurità e lo strato di ossido superficiale più stabile nel silicio contribuiscono tutti a una tensione di inserimento più elevata rispetto al germanio. Questi fattori influenzano le proprietà intrinseche del materiale e influenzano l'energia richiesta per avviare il flusso di corrente, portando a diversi valori di tensione di inserimento per i due semiconduttori.
