1. Différence de bande interdite : Le silicium a une bande interdite plus large (1,12 eV) que le germanium (0,67 eV). L'énergie de la bande interdite représente la différence d'énergie entre la bande de valence et la bande de conduction dans un semi-conducteur. Une bande interdite plus grande signifie que plus d’énergie est nécessaire pour exciter les électrons de la bande de valence vers la bande de conduction, ce qui entraîne une tension de coupure plus élevée.

2. Masse effective des porteurs : La masse effective des porteurs de charge, notamment des électrons, est plus faible dans le silicium que dans le germanium. Cela signifie que les électrons du silicium ont une plus grande mobilité et peuvent se déplacer plus librement dans le matériau. En conséquence, le silicium nécessite un champ électrique plus élevé pour surmonter la barrière de potentiel et initier le flux de courant, conduisant à une tension de coupure plus élevée.

3. Concentration d'impuretés : Le germanium est plus sujet à l’incorporation d’impuretés et de défauts lors du processus de fabrication que le silicium. Ces impuretés peuvent agir comme centres de recombinaison pour les porteurs de charge, réduisant ainsi la concentration globale des porteurs et augmentant la résistance du semi-conducteur. Cette résistance accrue nécessite une tension plus élevée pour atteindre le même niveau de flux de courant, contribuant ainsi à une tension de coupure plus élevée dans le germanium.

4. États de surface : Le silicium possède une couche d'oxyde superficielle plus stable que le germanium. La présence d’états de surface, qui sont des niveaux d’énergie introduits à la surface du semi-conducteur, peut piéger les porteurs de charge et entraver la circulation du courant. La couche d'oxyde stable du silicium aide à passiver ces états de surface et réduit leur impact, ce qui entraîne un taux de recombinaison de surface plus faible et une tension de coupure plus élevée.

En résumé, la bande interdite plus large, la masse effective d'électrons plus faible, la concentration d'impuretés réduite et la couche d'oxyde de surface plus stable dans le silicium contribuent toutes à une tension de coupure plus élevée que celle du germanium. Ces facteurs affectent les propriétés intrinsèques du matériau et influencent l'énergie nécessaire pour initier le flux de courant, conduisant à des valeurs de tension de coupure différentes pour les deux semi-conducteurs.