鍺材料

1871年Д.И.門捷列夫曾預見鍺的存在，命名為“類硅”，並推測了它的性質。1886年德國科學家在硫銀鍺礦物中，發現了這個元素，證實了門捷列夫的預見。並以德國命名此元素 (Germanium)。但在很長時間內未曾找到鍺的實際用途，只是濕法煉鋅過程中必須除去的有害物質。直到1915年發現鍺的整流效應，鍺材料才開始得到實際應用。以後鍺的純度不斷提高，於1942年用高純鍺製造了耐高壓二極體，用於雷達。J.巴丁等人在研究過程中放棄硒，改用鍺材料，才使晶體管的發明獲得成功。1950年，首次制出鍺單晶。1952年發明區域提純法，有效地進行鍺提純。在50年代，鍺是最主要的半導體材料。後來，在半導體器件方面，鍺逐漸被硅所取代。但在同時，鍺又有了一些新的用途。

鍺的密度為5.3267克／厘米3，熔點為937.4，沸點為3830, 它結晶為金剛石型立方晶系，晶格常數 ɑ=5.64613埃，每個立方厘米有4.42×1022個原子。鍺的禁帶寬度0.66電子伏(300K)，本徵電阻率47歐·厘米，本徵載流子濃度2.4×1013/厘米3(300K)，電子和空穴的遷移率分別為 3900±100和1900±50厘米2/伏·秒。Ⅲ族元素硼、鋁、鎵、銦、鉈在鍺中為受主雜質；Ⅴ族元素磷、砷、銻為施主雜質。在室溫下，鍺的化學性質穩定；在加溫的條件下，鍺與硫或鹵素髮生劇烈反應。鍺溶於濃鹽酸、濃硝酸、含過氧化氫的鹼溶液和王水。與熔融鹼相作用生成鍺酸鹽。

雖然鍺在地殼中的丰度為7ppm，高於鈹和砷，但由於分佈分散，屬稀散金屬。鍺的礦物有硫銀鍺礦(4Ag2S·GeS2)，鍺石（7CuS·FeS·GeS），硫鍺鐵銅礦 (【CUFeGeAs】xSy)等。由這些礦物構成的礦床極為少見。多數情況是這些礦物夾雜於有色金屬硫化礦中，或者鍺呈同晶型雜質存在於有色金屬硫化礦中。因此有色金屬硫化礦是回收鍺的主要原料。鍺常富集於一些煤中，也可以從中回收。中國主要從鉛鋅礦中回收鍺。

半導體鍺的生產可分為三個階段：鍺的富集、高純鍺的製備、單晶的製備。除含鍺很高的原料可對鍺直接富集而得鍺精礦外，一般都在有色冶金過程中，通過綜合回收使鍺得到富集，然後再使鍺與有色金屬及其他雜質分開，而得到鍺精礦。從煤中回收鍺，一般是在燃燒或氣化過程中，將鍺富集。從鍺精礦或其他鍺的富集物中提取鍺都採用氯化法，使其變成四氯化鍺揮發。冷凝后的四氯化鍺經萃取或（和）精餾進行提純，然後水解成二氧化鍺，烘乾后的二氧化鍺經氫還原得金屬鍺,再經區域提純得高純鍺。高純鍺一般能達到本徵純度（即其電離雜質濃度明顯地低於鍺的室溫本徵載流子濃度）。製備鍺單晶的方法有兩種：區域勻平法和直拉法。用前一方法製備的鍺單晶縱向電阻率分佈均勻，截面積為梯形，成本較低，但位錯密度較高；用后一方法製備，晶體完整性好，截面積為圓形。

鍺的最大用途是作紅外透鏡和窗口，可用單晶或多晶。這是利用鍺在 1.8～20微米波長範圍內有較好的透過率。這方面用量約為其總用量的三分之一以上，而且還會增加。鍺器件工作溫度低（不能超過75）、耐壓低；不能形成像二氧化硅那種性質的氧化膜，不適合製造集成電路。因此在半導體器件方面，鍺的用量不斷下降。鍺在探測器方面的應用非常重要，但其用量不大。鍺呈化合物狀態可用於催化劑、光導纖維、熒光粉和醫藥等。生產鍺材料及其化合物的主要國家是比利時、美國、日本、法國、聯邦德國、蘇聯。中國也是鍺的生產國之一。