Quando usar qual semicondutor?

Então eu sei que o silício é o semicondutor mais comum por aí. Mas também sei que existem inúmeras outras opções; carboneto de silício, germânio, liga SiGe, arseneto de gálio, fosfeto de alumínio e gálio, o telureto de mercúrio e cádmio de mercúrio que soa aterrorizante ...

Então, quais propriedades levariam um designer de dispositivo a escolher um sobre os outros? Entendo que, para LEDs e diodos a laser que correspondam ao bandgap para fornecer a energia correta do fóton, seria um motivo, mas existem outros?

O germânio costumava ser o semicondutor preferido, mas foi inicializado pelo silício bastante cedo, e agora é quase impossível encontrar componentes de germânio. Por que é que? Da mesma forma, ninguém mais usa retificadores de selênio (embora tenham desvantagens mais óbvias, como a ridiculamente baixa tensão de ruptura reversa e seu tamanho físico).

Há muitos pontos de interrogação nesta pergunta; Espero que não sejam muitos. Embora eu esteja curioso sobre isso, gostaria de também torná-lo um recurso para outras pessoas usarem, por isso tentei cobrir o máximo possível de terreno sem me afastar muito do assunto.

O silício tem muitas vantagens que o tornaram o material semicondutor dominante:

• Um óxido nativo. Esta é a chave para o desenvolvimento do MOSFET.
• Robustez física relativamente boa. Alguns outros materiais concorrentes são mais frágeis, levando a perdas na produção simplesmente devido à quebra mecânica das bolachas.
• Abundância na natureza. O silício é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre, facilitando a mineração, embora refinar a pureza necessária para a eletrônica ainda seja um esforço significativo.

Além disso, como o silício é tão amplamente utilizado, as economias de escala tornam muito mais barato produzir chips ou dispositivos em silício do que em outros semicondutores.

Portanto, se o silício fizer o trabalho, quase sempre escolheremos o silício para obter baixo custo.

Podemos escolher outros materiais se precisarmos

• Um material de abertura direta, normalmente para fontes ópticas como LEDs.
• Um intervalo de banda específico. Por exemplo, para fotodiodos para detectar comprimento de onda de 1550 nm, é necessário um intervalo de banda menor que cerca de 0,8 eV.
• Alta mobilidade de operadora, o que permite dispositivos de maior frequência. Para isso, você verá materiais como SiGe, GaAs, GaN ou InP usados.
• Uma constante de treliça específica, para o crescimento de um material epitaxialmente em um substrato de outro material. A capacidade de projetar a constante da rede e o intervalo de banda é o motivo pelo qual são utilizados compostos ternários e quaternários como o GaAlAsP.

Deixarei de lado a questão de como os dopantes são escolhidos porque 1) não sei quase nada sobre isso e 2) a escolha dos dopantes provavelmente é diferente para cada material semicondutor.