Silizium wird gegenüber Germanium vor allem aufgrund seiner überlegenen thermischen Stabilität und seines größeren Betriebstemperaturbereichs bevorzugt. Siliziumhalbleiter können im Vergleich zu Germanium höheren Temperaturen standhalten, ohne dass die Leistung wesentlich beeinträchtigt wird. Diese Eigenschaft ist von entscheidender Bedeutung für Halbleiterbauelemente, die in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von entscheidender Bedeutung sind, beispielsweise in integrierten Schaltkreisen (ICs), Solarzellen und Leistungselektronik. Darüber hinaus weist Silizium im Vergleich zu Germanium eine bessere mechanische Festigkeit auf und ist weniger anfällig für durch mechanische Belastung verursachte Ausfälle, wodurch es sich besser für die Massenproduktion und verschiedene Halbleiteranwendungen eignet.
Silizium und Germanium werden aufgrund ihrer atomaren Struktur vor allem als Halbleiter eingesetzt und eignen sich daher zur Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit. Beide Elemente haben eine kristalline Struktur, die es ihnen ermöglicht, unter bestimmten Bedingungen Elektrizität zu leiten, beispielsweise wenn sie mit bestimmten Verunreinigungen dotiert sind, um p-Typ- und n-Typ-Halbleitermaterialien zu erzeugen. Diese Eigenschaft bildet die Grundlage für Halbleiterbauelemente wie Dioden, Transistoren und integrierte Schaltkreise, die grundlegende Komponenten der modernen Elektronik sind. Die Fähigkeit, die Leitfähigkeit durch Dotierung selektiv zu steuern, macht Silizium und Germanium in der Halbleiterfertigung unverzichtbar.
Silizium wird in Fotodetektoren und Photovoltaikgeräten (PV) gegenüber Germanium bevorzugt, vor allem aufgrund seiner geringeren Empfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen und seiner besseren Reaktion auf Infrarotwellenlängen. Fotodetektoren und Solarzellen auf Siliziumbasis weisen im Vergleich zu Germanium eine höhere Effizienz und Stabilität über einen größeren Temperaturbereich auf. Dieser Vorteil ist von entscheidender Bedeutung für Anwendungen, bei denen eine konstante Leistung unter wechselnden Umgebungsbedingungen unerlässlich ist, beispielsweise bei Solarenergiegewinnungs- und optischen Kommunikationssystemen. Darüber hinaus ist Silizium reichlich vorhanden, kostengünstig und mit bestehenden Halbleiterfertigungsprozessen kompatibel, was es für die Massenproduktion photonischer Geräte praktischer macht.
Zu den Hauptnachteilen von Germanium im Vergleich zu Silizium gehören eine geringere thermische Stabilität, ein engerer Betriebstemperaturbereich und höhere Produktionskosten. Germaniumhalbleiter sind bei erhöhten Temperaturen anfälliger für thermisches Durchgehen, was ihren Einsatz in Hochleistungsgeräten und Umgebungen, die einen zuverlässigen Betrieb über längere Zeiträume erfordern, einschränkt. Darüber hinaus kommt Germanium im Vergleich zu Silizium weniger häufig vor und ist in der Raffinierung und Verarbeitung teurer, was seine Machbarkeit für einen breiten Einsatz in der Halbleiterfertigung beeinträchtigt. Diese Faktoren tragen trotz der früheren historischen Verwendung von Germanium zur Dominanz von Silizium in der Halbleiterindustrie bei.
Germanium weist eine höhere elektrische Leitfähigkeit als Silizium auf, hauptsächlich aufgrund seiner geringeren Bandlücke und höheren intrinsischen Ladungsträgerkonzentration bei Raumtemperatur. Die intrinsische Ladungsträgerkonzentration bezieht sich auf die Anzahl der freien Elektronen und Löcher, die für die Leitung in einem Halbleitermaterial ohne externe Dotierung zur Verfügung stehen. Durch die schmalere Bandlücke von Germanium können sich bei Raumtemperatur mehr Elektronen vom Valenzband in das Leitungsband bewegen, was zu einer höheren Leitfähigkeit im Vergleich zu Silizium führt. Diese Eigenschaft macht Germanium trotz seiner Einschränkungen im Vergleich zu Silizium in der gängigen Halbleitertechnologie für bestimmte Spezialanwendungen geeignet, bei denen eine hohe Leitfähigkeit und einzigartige elektronische Eigenschaften von Vorteil sind.