O silício é preferido ao germânio principalmente devido à sua estabilidade térmica superior e faixa de temperatura operacional mais ampla. Os semicondutores de silício podem suportar temperaturas mais altas em comparação com o germânio sem degradação significativa no desempenho. Essa característica é crucial para dispositivos semicondutores usados em diversas aplicações onde confiabilidade e longevidade são essenciais, como em circuitos integrados (CIs), células solares e eletrônica de potência. Além disso, o silício tem melhor resistência mecânica e é menos sujeito a falhas induzidas por estresse mecânico em comparação com o germânio, tornando-o mais adequado para produção em massa e diversas aplicações de semicondutores.
O silício e o germânio são usados principalmente como semicondutores devido às suas estruturas atômicas, que os tornam adequados para controlar a condutividade elétrica. Ambos os elementos possuem uma estrutura cristalina que lhes permite conduzir eletricidade sob certas condições, como quando dopados com impurezas específicas para criar materiais semicondutores do tipo p e do tipo n. Essa propriedade forma a base de dispositivos semicondutores como diodos, transistores e circuitos integrados, que são componentes fundamentais da eletrônica moderna. A capacidade de controlar seletivamente a condutividade através do doping torna o silício e o germânio indispensáveis na fabricação de semicondutores.
O silício é preferido ao germânio em fotodetectores e dispositivos fotovoltaicos (PV), principalmente devido à sua menor sensibilidade às variações de temperatura e melhor resposta aos comprimentos de onda infravermelhos. Fotodetectores e células solares à base de silício apresentam maior eficiência e estabilidade em uma faixa mais ampla de temperatura em comparação com o germânio. Esta vantagem é crítica para aplicações onde é essencial um desempenho consistente sob condições ambientais variadas, como na captação de energia solar e em sistemas de comunicação óptica. Além disso, o silício é abundante, econômico e compatível com os processos existentes de fabricação de semicondutores, tornando-o mais prático para a produção em larga escala de dispositivos fotônicos.
As principais desvantagens do germânio em comparação com o silício incluem menor estabilidade térmica, faixa de temperatura operacional mais estreita e maior custo de produção. Os semicondutores de germânio são mais suscetíveis à fuga térmica em temperaturas elevadas, limitando sua aplicação em dispositivos e ambientes de alta potência que exigem operação confiável por longos períodos. Além disso, o germânio é menos abundante e mais caro para refinar e processar em comparação com o silício, o que afeta a sua viabilidade para adoção generalizada na fabricação de semicondutores. Esses fatores contribuem para o domínio do silício na indústria de semicondutores, apesar do uso histórico anterior do germânio.
O germânio exibe maior condutividade elétrica do que o silício, principalmente devido ao seu bandgap mais estreito e à maior concentração de portadores intrínsecos à temperatura ambiente. A concentração intrínseca de portadores refere-se ao número de elétrons livres e lacunas disponíveis para condução em um material semicondutor sem dopagem externa. O bandgap mais estreito do germânio permite que mais elétrons se movam da banda de valência para a banda de condução à temperatura ambiente, resultando em maior condutividade em comparação ao silício. Esta propriedade torna o germânio adequado para certas aplicações especializadas onde a alta condutividade e propriedades eletrônicas únicas são vantajosas, apesar de suas limitações em comparação com o silício na tecnologia de semicondutores convencional.