Bedrijven herontdekken germanium

Spectrolabs, een onderdeel van vliegtuigfabrikant Boeing in de VS, gebruikt germanium als grondstof voor het maken van fotodetectoren. Dat zijn schakelingen die reageren op invallend licht. Voorheen werden deze onderdelen gemaakt uit exotische - en dus dure - materialen zoals indium en galliumarsenide of een combinatie daarvan. Germanium blijkt een veel goedkoper alternatief voor deze stoffen. De eerste germaniumtransistors waren ondergebracht in een glazen buisje dat met lak geheel lichtdicht geschilderd was. Op de transistor vallend licht verstoorde namelijk de werking van de schakeling, door de lichtgevoeligheid van het materiaal. Een transistor diende in het absolute duister te werken, zo luidde toen het devies. Tenzij het een lichtdetector betrof, waar juist handig gebruik gemaakt werd van die lichtgevoeligheid van de stof. Boeing heeft becijferd dat het maken van een detector uit germanium ongeveer de helft goedkoper is, dan het gebruik van indium/gallium-arsenide. Laserlicht De detectoren zijn bedoeld voor het controleren van glasvezelverbindingen. Een deel van het licht dat een laserdiode produceert wordt via een soort prisma naar de detector geleid, waar de intensiteit van het geproduceerde laserlicht wordt gemeten. Zou de lichtopbrengst teruglopen, wat kan gebeuren wanneer de laserdiode een aantal jaren oud is, dan wordt dat gecorrigeerd zonder menselijke tussenkomst door een regelcircuit dat door de detector wordt bestuurd. Germanium wordt niet alleen afzonderlijk gebruikt maar ook in combinatie met bijvoorbeeld silicium. IBM heeft enige jaren ervaring met deze stof, die wordt aangeduid met de chemische naam SiGe. Geavanceerd Siliciumgermanium zoals de combinatie voluit heet, heeft geavanceerde eigenschappen, die nu zijn gebruikt voor het maken van vermogensversterkers voor mobiele telefoons. “Het gaat om versterkers voor zeer hoge frequenties, die we eigenlijk nooit in chipvorm hebben kunnen maken. Wij vinden dit een echte doorbraak”, zegt dr. Bernard Meyerson van de divisie communicatietechniek van IBM’s centrum voor micro-elektronica in de VS. De test met SiGe is geslaagd, zodat soortgelijke plannen met GaAs in de ijskast zijn gezet. “Die dure techniek blijken we niet meer nodig te hebben voor dit doel. Hiermee logenstraffen we de mening van experts die hadden voorspeld dat dit soort versterkers alleen maar gebouwd kon worden met exotische technieken en materialen. Een bijkomend voordeel is, dat een SiGe schakeling een stuk minder warmte produceert dan een vergelijkbaar circuit dat in GaAs is gebakken”, zegt Meyerson. IBM heeft een familie van drie versterkers ontwikkeld, die werkt met frequenties van 800 of 1900 MHz. Dit zijn de frequenties die worden gebruikt in het Amerikaanse mobiele telefoonverkeer. De IC’s hebben een spoorbreedte van 0,35 micron. In vergelijking met processoren zoals de Pentium, die een spoorbreedte hebben van 0,13 micron, lijkt dat erg grof. “Maar, wanneer een schakeling op 0,35 micron die relatief goedkoop te maken is, voldoet, waarom zou je dan naar een nog fijnere techniek willen?” Vraagt Meyerson zich af. “Het gaat in dit verband niet om het winnen van een wetenschappelijke onderscheiding maar om het maken van een commercieel goed verkoopbaar product.” Energie Uit germanium kunnen ook zonnecellen met een hoog rendement worden gemaakt. Dat betekent dat een groot deel van de opvallende lichtenergie wordt omgezet in elektriciteit. Ook op dit vlak lijken de dagen van galliumarsenide geteld. Zonnecellen met een hoog rendement worden nog steeds uit GaAs gemaakt, zoals de elementen op de zonnecelauto Nuna die eind vorig jaar in recordtempo dwars door Australië scheurde. GaAs heeft bovendien nog het nadeel dat de stof erg bros is, dit in tegenstelling tot germanium en ook silicium. Deze materialen zijn veel taaier en kunnen dus ook beter tegen een stootje. Dit is een voordeel bij gebruik in kwetsbare draagbare apparatuur.