Als we denken aan elektronische apparaten, denken we vaak na over hoe snel deze apparaten werken of hoe lang we het apparaat kunnen gebruiken voordat de batterij wordt opgeladen. Waar de meeste mensen niet aan denken, is waar de componenten in hun elektronische apparaten van zijn gemaakt. Hoewel elk apparaat qua constructie verschilt, hebben deze apparaten allemaal één ding gemeen: elektronische schakelingen met componenten die de chemische elementen silicium en germanium bevatten.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Silicium en germanium zijn twee chemische elementen die metalloïden worden genoemd. Zowel silicium als germanium kunnen worden gecombineerd met andere elementen die doteerstoffen worden genoemd om elektronische apparaten in vaste toestand te maken, zoals diodes, transistoren en foto-elektrische cellen. Het primaire verschil tussen silicium- en germaniumdioden is de spanning die nodig is om de diode in te schakelen (of "voorwaarts gericht" te maken). Siliciumdioden hebben 0,7 volt nodig om voorwaarts gericht te worden, terwijl germaniumdioden slechts 0,3 volt nodig hebben om voorwaarts gericht te worden.
Hoe Metalloïden elektrische stroom te laten leiden

Germanium en silicium zijn chemische elementen die metalloïden worden genoemd. Beide elementen zijn bros en hebben een metaalachtige glans. Elk van deze elementen heeft een buitenste elektronenschil die vier elektronen bevat; deze eigenschap van silicium en germanium maakt het moeilijk voor elk element in zijn zuiverste vorm om een goede elektrische geleider te zijn. Een manier om een metalloïde elektrische stroom vrij te laten geleiden, is door het op te warmen. Het toevoegen van warmte zorgt ervoor dat de vrije elektronen in een metalloïde sneller bewegen en vrijer bewegen, waardoor toegepaste elektrische stroom kan vloeien als het verschil in spanning over het metalloïde voldoende is om in de geleidingsband te springen.
Dopants introduceren bij Silicium en Germanium

Een andere manier om de elektrische eigenschappen van germanium en silicium te veranderen, is door chemische elementen te introduceren die dopanten worden genoemd. Elementen zoals boor, fosfor of arseen zijn te vinden op het periodiek systeem nabij silicium en germanium. Wanneer doteerstoffen in een metalloïde worden geïntroduceerd, levert de doteerstof ofwel een extra elektron aan de buitenste elektronenmantel van het metalloïde of berooft het metalloïde van een van zijn elektronen.

In het praktische voorbeeld van een diode, een stuk silicium is gedoteerd met twee verschillende doteerstoffen, zoals boor aan de ene kant en arseen aan de andere kant. Het punt waar de met boor gedoteerde zijde de met arseen gedoteerde zijde ontmoet, wordt een P-N-kruising genoemd. Voor een siliciumdiode wordt de met boor gedoteerde zijde "P-type silicium" genoemd omdat de introductie van boor het silicium van een elektron berooft of een elektron "gat" introduceert. Anderzijds wordt met arseen gedoteerd silicium "N" genoemd -type silicium "omdat het een elektron toevoegt, waardoor het gemakkelijker wordt om elektrische stroom te laten vloeien wanneer er spanning op de diode staat.

Aangezien een diode fungeert als een eenrichtingsklep voor de stroom van elektrische stroom, er moet een spanningsverschil worden toegepast op de twee helften van de diode en dit moet in de juiste gebieden worden toegepast. In de praktijk betekent dit dat de positieve pool van een stroombron moet worden aangebracht op de draad die naar het P-type materiaal gaat, terwijl de negatieve pool op het N-type materiaal moet worden aangebracht om de diode elektriciteit te geleiden. Wanneer stroom op de juiste wijze op een diode wordt toegepast en de diode elektrische stroom geleidt, wordt van de diode gezegd dat deze een voorwaartse voorspanning heeft. Wanneer de negatieve en positieve polen van een stroombron worden toegepast op de materialen met tegengestelde polariteit van een diode - materiaal met positieve pool tot N-type en materiaal met negatieve pool tot P-type - geleidt een diode geen elektrische stroom, een toestand die bekend staat als reverse-bias.
Het verschil tussen germanium en silicium

Het belangrijkste verschil tussen germanium- en siliciumdioden is de spanning waarbij elektrische stroom vrij over de diode begint te stromen. Een germaniumdiode begint typisch elektrische stroom te geleiden wanneer de spanning die op de juiste wijze over de diode wordt aangelegd 0,3 volt bereikt. Siliciumdioden hebben meer spanning nodig om stroom te geleiden; er is 0,7 volt nodig om een voorwaartse voorspanning te creëren in een siliciumdiode