收藏词条 编辑词条 半导体锗材料
半导体锗材料(semiconductor germ Rnium material)
一种主要的元素半导体材料，呈金刚石型结构。主要用于半导体器件和重要的红外光学元件，如透镜、窗口等。
简吏 1886年德国人温克勒(C.Winkier)发现锗，正是门捷列夫预言的“类硅”元素。1920年在西南非楚麦勃发现锗石，锗的研究开始活跃起来。1930年德国渥太华公司建立第一个锗生产小厂。不久在美国密苏里、俄克拉玛拉、坎萨斯的锌矿中发现锗，美国伊格皮切尔公司建立回收与生产锗的工厂。1941年西门子公司开发锗的点接触二极管，1948年贝尔实验室研制成功锗晶体管。1952年浦凡发明区域提纯技术，首先用在锗上解决了半导体材料提纯的技术关键。1952年蒂尔用切光拉斯基法拉出第一根锗单晶。在50～60年代由于锗晶体管的需求，锗生产技术发展迅速。但自70年代后锗器件逐步为硅器件取代。然而锗在红外光学上用量增加，补偿了在电子工业上用量的下降。
生产工艺 锗一般从铅锌冶炼或燃烧煤过程中以副产品回收。原料用火法冶炼或湿法冶炼从主金属分离并富集成锗精矿后，再氯化和分精馏或萃取提纯成纯四氯化锗。纯四氯化锗水解获得高纯二氧化锗，经烘干后氢还原成金属锗，再进行区域提纯为高纯锗，最后用直拉法制成单晶锗(见直拉锗单晶)。
锗及其主要化合物性质 密度5.32g／cm3，原子密度4.416×1022／cm3，熔点937.4℃，沸点2830℃，25℃时比热容322J／kg•K，熔化潜热4602J／g，膨胀系数(5.9～6.6)×10-6／℃，凝固时体膨胀约5％。锗禁带宽度为O.67eV(200K)，本征电阻率47Ω•cm(300K)，电子迁移率3900±100cm2／(V•s)，空穴迁移率1900±50cm2／(V•s)，本征电子密度2.4×1013／cm3(300K)。锗不溶于水，溶于硫酸、HNO3—HF混合酸以及熔融碱和20％过氧化氢。GeO褐色粉末易升华，在酸碱中不溶，但溶于H202—NaOH和次氯酸。六角形GeO2溶于水和盐酸反应生成GeCl4，在300℃灼烧部分转变成四角形GeO2。四角形GeO2在酸碱中不溶，仅微溶于NaOH。GeCl4为无色油状液体，沸点84℃，凝固点-49.5C，密度1.87g／cm3，在空气中发烟，不溶于浓盐酸但易溶于稀盐酸。GeF4室温下为无色气体，加热六氟锗酸钡制得。GeBr4无色液体，密度3.13g／cm3，可用溴蒸气与锗反应制得，易溶于CCl4、乙醇、苯和乙醚。Gel4在空气中稳定，遇水分解，由HI和GeO2反应制得。结晶GeS为暗红色粉末，密度3.31g／cm3，用H2S与两价锗酸性溶液反应制成，它溶于稀盐酸，微溶于硫酸与磷酸，在500℃显著挥发。晶体GeS2带银色金属光泽，熔融状呈透明浅褐色，冷却时变成琥珀色玻璃，密度5.81g／cm3，通H2S到四价锗溶液制得，不溶于酸易溶于碱。氢化物有锗烷、二锗烷和三锗烷均易挥发，GeH4用硼酸氢钠与酸性GeO2溶液作用生成，在280℃分解成锗和氢。
锗的应用 在半导体器件上的应用已大部分被硅取代，仅在高频大功率器件上有一定用量，其他以光电雪崩二极管用量较大。锗在红外光学上需要量占锗总用量50％～60％，主要用作热像系统的透镜和窗口材料。在光纤通信中锗作光纤的掺杂剂以提高其折射率，用量剧增。GeO2作催化剂在加氢去氢，汽油馏分重整有广泛应用，特别在聚酯树脂(如PET)生产上用量很大。少量锗用于低温温度计和测热仪以及红外探测器和核辐射探测器上。