锗的晶体类型
神奇的生命元素——锗
们笑他是傻子 。到了 ２ 岁 ， ０ 皇甫谧 竟
种稀有金属。大量 的锗 以分散状态存 在于 便 秘及眼部 的疼痛等 多种障碍 、病症 及不 各种 金属的硅酸盐矿 、硫化物矿 以及 各种 快感祛 除。
类型的煤 中。金属锗可 由二 氧化 锗用碳还 原制得 ， 可以从煤 烟道 中的灰尘 中回收 。 也
研究 。
皇甫谧 的家族 原是东汉 望族 ， 自 六世 祖以来一直在 朝廷 中担 任要职 ， 至其祖 、 父两代家道 中落。 皇甫谧小时
候过继给叔父 ， 迁居新安（ 含河南渑池
金 属 的半 导体 功能可使 人 的体温 升高 ， 从
锗的存在和性质 而 促进 血液循 环 、 减轻疲 劳 、 除肿痛 、 消 调 排除体 内毒 素 、 抵抗 外来射 线 、 预 锗， 元素符号为 Ｇ 。１ ８ ， 国化学 整 血压 、 ｅ ８ ６年 德 防癌症 、 衰 老 、 轻疲 劳 、 抗 减 自律 神经 失调 家 温 克 勒 尔 从 一 种 硫 银 锗 矿 中 分 离 出 了
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ｌｌ 。 Ｉ宦 挚 ｌ 蹦 编 ｉ 鼍Ｈ 副 啪 ｌ ｌ 。 ， 纲８ 舞 捐 ｌ 。 ｊ 瞬 瞎 刚 簸 《 ＇
＿ － ， ５ 年 晋代 医学家皇甫谧 ，
神芍的 命元素
。李晓 明
微量 元素锗 以其独 特 的化 学结 构 ， 表 现出了一些奇特 的物理 、 化学 和生 物特 性。
衰老是不可抗拒 的 ， 但延 缓衰老 、 争取
锗为银灰色晶体 ， 温下的金属锗质脆 ， 室 有 长寿则是可 以做 到的。有机锗可 调节免疫 明显的非金属性质 。高纯单 晶锗 是制造晶 功能 ， 高细 胞的供 氧能力 ， 提 使细胞 活化 ， 体管和二极管 的半导体材料 ，掺镓 的单晶 使老化 的器官组织年 轻化 ， 复身体机能 ， 恢 锗用于制造低温温度计 和辐射热测量计 。
锗_元素周期表
特性拟硅锗
原子质量72 72.59
密度（g/cm3） 5.5 5.35
熔点（℃）高947
颜色灰色灰色
氧化物种类耐火（refractory）二氧化物耐火二氧化物氧化物密度（g/cm3）4.7 4.7
氧化性弱碱弱碱
）氯化物熔点100℃以下86℃ （GeCl
4氯化物密度（g/cm3）1.9 1.9
克莱门斯·温克勒
年份
价格（$/kg）[49]
1999 1,400
2000 1,250
2001 890
2002 620
2003 380
2004 600
2005 660
2006 880
2007 1,240
2008 1,490
2009 950
GeS2 + 3O2→ GeO2 + 2SO2
在这个过程中，部份锗会进到所产生的灰尘中，而剩下的锗则被转化
GeO2 + 4HCl → GeCl4 + 2H2O
GeO2 + 2Cl2→ GeCl4 + O2
的GeO2适用于制造锗玻璃。
纯二氧化锗与氢反应后被还原成锗，用这种还原方式所得的锗，适用于红外线光学或半导体工业：GeO2 + 4H2→ Ge + 2H2O
GeO2 + C → Ge + CO2
应用[编辑]
图为典型的单模光纤。
氧化锗用于掺杂二氧化硅核心（1号）。
1. 核心 8 µm
2. 包层 125 µm。
半导体硅锗的晶体结构
Ge
Si
硅和锗的共价键结构
第一章 半导体中的 电子状态
+4 +4表示除 去价电子 后的原子
共价键共
用电子对
+4 +4
形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个， 构成稳定结构。
第一章 半导体中的 电子状态
+ 4
+ 4 + 4
共价键有很强的结合力，使原子规 则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为 束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自 由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以 本征半导体的导电能力很弱。
第一章 半导体中的 电子状态
闪锌矿型结构的晶胞
1.1.3纤锌矿型结构
材料：ZnS, ZnSe，CdS
与闪锌矿型结构相比
第一章 半导体中的 电子状态
相同点：
以正四面体结构为基础构成
区别：
具有六方对称性，而非立方对称性 共价键的离子性更强
纤锌矿型结构晶胞图
第一章 半导体中的 电子状态
属于纤锌矿型结构的晶体有：BeO、ZnO、AIN等
第一章 半导体中的 电子状态
1.3 半导体中电子的运动
有效质量
1.3.1 半导体中E(k)与k的关系
半导体中，起作用的是接近于能带底部 或能带顶部的电子。
E (k ) EC (
将E(k)在k=0 附近按泰勒级数展开 dE 1 d 2E 2
1 d E dk 2 E (k ) EC ( 2 ) k 0 k 2 dk
共价键理论
共价键上的电子 挣脱共价键的电子 脱离共价键所需的最小能量 定性理论
第一章 半导体中的 电子状态
13N_超高纯锗单晶的制备与性能研究
第53卷第3期2024年3月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS Vol.53㊀No.3March,202413N 超高纯锗单晶的制备与性能研究顾小英1,赵青松1,牛晓东1,狄聚青1,张家瑛1,肖㊀溢1,罗㊀恺2(1.安徽光智科技有限公司,滁州㊀239000;2.广东先导稀材股份有限公司,清远㊀511517)摘要:13N 超高纯锗单晶是制作超高纯锗探测器的核心材料㊂本文通过还原法获得还原锗锭,再由水平区熔法提纯获得12N 高纯锗多晶,最后由直拉法生长得到13N 超高纯锗单晶㊂通过低温霍尔测试㊁位错密度检测㊁深能级瞬态谱(DLTS)测试对13N 超高纯锗单晶性能进行分析㊂低温霍尔测试结果显示,晶体头部截面平均迁移率为4.515ˑ104cm 2㊃V -1㊃s -1,载流子浓度为1.176ˑ1010cm -3,导电类型为p 型,位错密度为2256cm -2;尾部截面平均迁移率为4.620ˑ104cm 2㊃V -1㊃s -1,载流子浓度为1.007ˑ1010cm -3,导电类型为p 型,位错密度为2589cm -2㊂晶体深能级杂质浓度为1.843ˑ109cm -3㊂以上结果表明该晶体是13N 超高纯锗单晶㊂关键词:锗单晶;探测器;迁移率;载流子浓度;位错密度中图分类号:O78㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1000-985X (2024)03-0497-06Preparation and Properties of 13N Ultra-High Purity Germanium Single CrystalsGU Xiaoying 1,ZHAO Qingsong 1,NIU Xiaodong 1,DI Juqing 1,ZHANG Jiaying 1,XIAO Yi 1,LUO Kai 2(1.Anhui Guangzhi Technology Co.,Ltd.,Chuzhou 239000,China;2.Guangdong Pioneer Thin Materials Co.,Ltd.,Qingyuan 511517,China)Abstract :13N ultra-high purity germanium single crystal is the core material for producing ultra-high purity germanium detectors.This article obtains reduced germanium ingots by reduction method,then purifies them by horizontal zone refining method to obtain 12N high-purity germanium polycrystals,and finally grows 13N ultra-high purity germanium single crystals by Czochralski method.The performance of 13N ultra-high purity germanium single crystal was tested and studied through low-temperature Hall test,dislocation density test,and deep level transient spectroscopy (DLTS)detection.The low-temperature Hall results show that the average mobility of the crystal head cross-section is 4.515ˑ104cm 2㊃V -1㊃s -1,the carrier concentration is 1.176ˑ1010cm -3,and the conductivity is p-type,the dislocation density at the crystal head is 2256cm -2.The average mobility of the tail section is 4.620ˑ104cm 2㊃V -1㊃s -1,the carrier concentration is 1.007ˑ1010cm -3,and the conductivity type is p-type,the dislocation density at the tail of the crystal is 2589cm -2.The concentration of deep level impurities in the crystal is 1.843ˑ109cm -3.The results indicate that the crystal is 13N ultra-high purity germanium single crystal.Key words :germanium single crystal;detector;mobility;carrier concentration;dislocation density㊀㊀收稿日期:2023-10-27㊀㊀基金项目:国家重点研发计划(2021YFC2902805);2022年核能开发科研项目(HNKF202224(28))㊀㊀作者简介:顾小英(1995 ),女,贵州省人㊂E-mail:xiaoying.gu@ ㊀㊀通信作者:狄聚青,博士,正高级工程师㊂E-mail:juqing.di@ 0㊀引㊀㊀言高纯锗探测器在探测射线,尤其是χ㊁γ射线,具有能量分辨率高㊁探测效果好㊁性能稳定等不可比拟的优势[1]㊂在实际应用中,高纯锗探测器的耗尽层电压与净杂质浓度成正比[2-3]㊂若净杂质浓度较高,则探测器的全耗尽电压也较高,而探测器的实际工作电压通常还要高于全耗尽电压㊂过高的电压会造成探测器的漏电流增加,能量分辨率变差㊂若净杂质浓度过低,虽然探测器的全耗尽电压会降低,但是探测器灵敏区的电场强度也会下降,不利于载流子的有效收集[4-7]㊂通常,探测器级p 型超高纯锗单晶净杂质浓度需在498㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第53卷(5~20)ˑ109cm-3,迁移率大于2.5ˑ104cm2㊃V-1㊃s-1,位错密度100~10000cm-2,深能级杂质不大于4.5ˑ109cm-3[8-10]㊂随着我国核电工业的增长和高能物理试验的发展,对高纯锗探测器的需求量日益增大㊂国内研发超高纯锗晶体的主要单位有深圳大学㊁广东先导先进材料股份有限公司㊁云南中科鑫圆晶体材料有限公司等㊂其中,深圳大学制备出直径为20~50mm㊁净杂质浓度小于4.0ˑ1011cm-3㊁位错密度小于5000cm-2的锗单晶[1]㊂广东先导先进材料股份有限公司获得净杂质浓度5ˑ1010cm-3的锗锭[11]㊂云南中科鑫圆晶体材料有限公司获得载流子浓度小于1ˑ1011cm-3㊁电阻率大于2ˑ103Ω㊃cm㊁迁移率大于1ˑ104cm2㊃V-1㊃s-1的超高纯多晶材料[12]㊂目前,国产13N超高纯锗单晶无法满足国内需求,超高纯锗晶体仍然依靠进口㊂本文通过二氧化锗还原㊁水平区熔提纯㊁单晶提拉生长获得锗单晶,并经低温霍尔㊁位错密度㊁深能级瞬态谱等测试,结果表明晶体性能符合13N超高纯锗标准㊂1㊀实㊀㊀验1.1㊀还原、区熔提纯与晶体生长将6N二氧化锗粉放入石墨舟中,再将装有6N二氧化锗粉的石墨舟放入还原炉中,先通氮气将炉内空气置换干净,再通入氢气将炉内氮气置换干净,打开加热开关使炉内温度升至1150ħ,将二氧化锗粉还原成锗锭㊂选用电阻率大于1Ω㊃cm的还原锗锭作为水平区熔的原料,正常情况下还原锗锭电阻率均大于1Ω㊃cm㊂将锗锭进行碱腐蚀㊁清洗㊁脱水㊁吹干,放入镀好碳膜的石英舟中㊂将装有锗锭的石英舟放入水平区熔炉中,先通高纯氮气将炉内空气置换干净,再通入高纯氢气将炉内氮气置换干净,打开加热开关使温度升至980ħ,区熔30~40次,得到12N高纯锗多晶㊂将水平区熔得到载流子浓度小于2ˑ1011cm-3的高纯锗多晶作为单晶生长原料㊂先将高纯锗多晶依次泡在三氯乙烷㊁丙酮㊁甲醇中进行超声清洗10min,去除在切割中产生的有机物以及缝隙中的杂质,再进行酸腐蚀㊁清洗㊁甲醇脱水㊁高纯氮气吹干,然后将原料装入单晶炉内㊂通入高纯氮气将炉内空气置换干净,再通入高纯氢气将炉内氮气置换干净,为了排除水㊁氧等不利因素的影响,在高纯氢气流通氛围下,将温度升至400~500ħ,进行预热2~5h㊂再将温度升到1000ħ进行化料,待锗料完全熔化后,将温度降至940~970ħ,恒温30~60min,确保锗料温度以及纯度均匀分布,有利于后续生长出纯度均匀㊁低位错晶体㊂将籽晶降低至离液面1cm处,对籽晶进行预热30min,降低籽晶与液面温度差,减少籽晶插入液面时温度波动,以及引晶时位错增长㊂将籽晶缓慢插入熔体,根据熔体界面调整功率,待有一定宽度光圈出现后等待10~20min开始引晶,逐渐增大拉速至20~30mm/h,保持此拉速引晶10~30min,控制晶体直径在5~10mm;然后进行缩颈,手动增加拉速,间隔10min均匀增加拉速10~20mm/h,至拉速升至90~150mm/h,控制晶体直径稳定在3~5mm,此条件下排出了大部分位错,使得单晶位错达到500~5000cm-2;而后进行细颈,保持拉速为90~150mm/h,在此高拉速下提拉细颈,此阶段提拉长度为90~150mm㊂为了得到低位错超高纯锗晶体,放肩分两步进行,第一步分两阶段:1)均匀降拉速;2)均匀降温度㊂先控制动能后控制热能,在此条件下均匀放肩,不会产生新的位错㊂第二步先均匀降低晶转和埚转,均匀升高拉速;然后降低频率均匀降温,使得晶体放肩和等径相互衔接,晶体在此条件下会抑制界面的反转过程,防止晶体直径放肩后变细,晶体变得不规则,并防止晶体产生缺陷㊂先进行放肩一,保持拉速为90~150mm/h,在此高拉速下提拉细颈,此阶段提拉长度为90~150mm,控制功率均匀降温,降温频率为120~180W/h,放肩1~2h,晶体直径逐渐长大至50~65mm;再进行放肩二,控制功率均匀降温,降低晶转至3~5r/min,降低埚转至3~5r/min,均匀升高拉速至30~40mm/h;降温频率为80~120W/h,继续放肩1~2h,待晶体直径稳定保持在70~80mm,停止降温㊂最后进行等径,均匀恢复拉速至20~30mm/h,观察晶体直径,手动控制功率,使得晶体直径保持为70~80mm,等径过程4~6h㊂进行收尾,调低埚升至0.3~0.8mm/h,控制功率均匀降温,降温频率为100~200W/h,收尾2~3h,至石英坩埚内熔液完全拉完㊂最后进行降温,关闭晶升㊁埚升,控制功率降温至㊀第3期顾小英等:13N 超高纯锗单晶的制备与性能研究499㊀图1㊀13N 超高纯锗单晶照片Fig.1㊀Photo of 13N ultra-high purity germanium single crystal 室温㊂为了防止温度变化过快使得晶体产生位错,降温分三个阶段:第一阶段300~400W /h,降温1h;第二阶段500~600W /h,降温2h;第三阶段800~1000W /h,降温5~7h,至室温,关闭晶转㊁埚转,完成晶体提拉㊂本文通过原料处理㊁装炉㊁通气㊁预热㊁化料㊁引晶㊁缩颈㊁细颈㊁放肩㊁等径㊁收尾㊁降温,得到13N 超高纯锗单晶CZ15晶体,如图1所示㊂1.2㊀晶体检测预处理用切割机切取10mm ˑ10mm ˑ1.2mm 规格的方片样品用于霍尔检测,经过研磨㊁抛光㊁腐蚀至镜面,腐蚀液为氢氟酸㊁硝酸溶液的混合液,体积比为1ʒ4,腐蚀时间为1~3min,腐蚀温度为室温㊂用镊子在方片四个角压锡粒,然后进行退火热处理,退火氛围为高纯氮气,退火温度为500ħ,退火时间为30min,使电极合金化,可得到良好的欧姆接触㊂由于常温和低温欧姆接触有差异,同一个样品,在常温I-V 曲线是线性,在低温下不一定是线性的,为了确认电极的欧姆接触是否良好,需在常温进行一次I-V 检测,是线性后,再在低温进行一次I-V 检测,也是线性后,方可进行低温霍尔检测㊂用切割机切取5mm 厚的片用于位错密度检测,经过研磨㊁抛光㊁腐蚀至出现均匀亮点,腐蚀液为氢氟酸㊁硝酸㊁硝酸铜溶液的混合液,体积比为2ʒ1ʒ1,腐蚀时间为10min,腐蚀温度为(10ʃ5)ħ㊂用于深能级瞬态谱(deep level transient spectroscopy,DLTS)检测的样品,用切割机切取15mm ˑ15mm ˑ2mm 规格的方片,经过研磨㊁抛光㊁腐蚀至镜面,腐蚀处理与霍尔样片相同㊂p 型晶体的正面溅射圆点锡膜,作为肖特基电极,背面用锡箔连接铜片,进行退火处理,退火氛围为高纯氮气,退火温度为250ħ,时间为30min,作为欧姆电极,此处退火温度需低于300ħ,避免造成Cu 扩散㊂2㊀结果与讨论图2㊀还原锗锭电阻率数据Fig.2㊀Reduced germanium ingot resistivity data 2.1㊀常/低温电阻率检测对还原锗锭进行常温电阻率检测,每隔5cm 检测一个点,正常情况下,整根还原锗锭电阻率均大于1Ω㊃cm,均可投入水平区熔提纯,检测结果如图2所示㊂高纯锗多晶先进行常温电阻率检测,再从电阻率大于50Ω㊃cm 区域的头尾选取大块单晶粒制作成霍尔片进行低温霍尔检测㊂将高纯锗多晶放置在23ħ恒温的房间,直至高纯锗多晶冷却至(23ʃ0.5)ħ,用常温电阻率测试设备进行电阻率检测,电阻率大于50Ω㊃cm 为初步合格段㊂电阻率大于50Ω㊃cm 的产率为70%~80%,检测结果如图3所示㊂对超高纯锗单晶先进行低温电阻率检测,再从载流子浓度小于5ˑ1010cm -3区域的头尾取霍尔片进行低温霍尔检测㊂用金刚笔对照钢尺每隔2cm 做标记,然后用画笔刷蘸取铟镓锡合金,沿着标记处画薄层,使合金不呈现任何形状的液滴状㊂用铜片缠绕在锗单晶晶体放肩和收尾处作为接触电极,将缠绕好的锗单晶晶体放置在杜瓦罐里的V 型支架上㊂向杜瓦罐里充装液氮,直至没过锗单晶,等液面稳定后,合金露出液面1~2cm,可进行低温电阻率检测[11]㊂通过霍尔公式,将低温电阻率转换为载流子浓度:N =1/(ρμq ),其中ρ是测量电阻率,单位为Ω㊃cm,N 是载流子浓度,单位为cm -3,q 是单位电荷量,q =1.602ˑ10-19C,μ是迁移率,单位为cm 2㊃V -1㊃s -1㊂其中,ρ可由检测设备测得,q 为常量,μ可根据以往霍尔检测得到的迁移率值求得平均值,将p 型晶体的μ设置为42000cm 2㊃V -1㊃s -1,低温电阻率设备的迁移率μ可手动更改,可根据不断累积的霍尔检测数据定期更新㊂CZ15晶体低温电阻率检测得到的数据,如图4所示㊂500㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第53卷图3㊀多晶区熔电阻率数据Fig.4㊀Crystal overall carrier concentration data Fig.3㊀Polycrystalline zone refining resistivity data图4㊀晶体整体载流子浓度数据2.2㊀低温霍尔检测对于电阻率大于50Ω㊃cm的高纯锗多晶段,在头尾分别选取大块单晶粒制作成霍尔片,进行低温霍尔检测,直至头尾载流子浓度均小于2ˑ1011cm-3,根据检测结果,合格率为40%~60%,其中一个位置的检测结果,如图5所示㊂通过实验可知,低温电阻率测试晶体表面得到的载流子浓度偏高于低温霍尔检测得到的载流子浓度,所以在载流子浓度小于5ˑ1010cm-3的锗单晶晶体段的头尾分别取霍尔片进行低温霍尔检测,每个截面取2个片,边缘和中间各1片,直至载流子浓度小于2ˑ1010cm-3为止,其中CZ15头部一个位置的检测结果,如图6所示㊂根据低温霍尔检测结果显示:CZ15晶体合格段头部截面平均迁移率为4.515ˑ104cm2㊃V-1㊃s-1,载流子浓度为1.176ˑ1010cm-3;尾部截面平均迁移率为4.620ˑ104cm2㊃V-1㊃s-1,载流子浓度为1.007ˑ1010cm-3㊂此晶段头尾迁移率均>2.5ˑ104cm2㊃V-1㊃s-1,载流子浓度均<2ˑ1010cm-3㊂经过多次实验可知,通过水平区熔得到电阻率大于50Ω㊃cm的多晶区熔的产率为70%~80%,得到载流子浓度小于2ˑ1011cm-3的高纯锗多晶的产率为40%~60%㊂在不掺杂的情况下,通过直拉法生长,得到的超高纯锗晶体前40%~60%为p型,np转化区占10%~20%,后20%~50%为n型,p型载流子浓度小于2ˑ1010cm-3的晶体段有30~80mm㊂图5㊀多晶区熔霍尔数据Fig.5㊀Hall data of polycrystalline zone refining图6㊀单晶提拉霍尔数据Fig.6㊀Hall data of single crystal pullingium㊀第3期顾小英等:13N 超高纯锗单晶的制备与性能研究501㊀2.3㊀位错密度检测晶体位错密度使用金相显微镜进行检测,显微镜下可以看到的晶体缺陷,其中CZ15晶体载流子浓度合格段的尾部CZ15-T 截面中一个点的检测结果,如图7所示㊂由于位错密度分布均匀,可选取单晶片中对角线上的9个测量点,视场为1mm 2,用显微镜检测这9个测量点的缺陷情况㊂每个检测点视场内的腐蚀坑密度(etch pit density,EPD)是所计数的腐蚀坑总数除以面积:n d =n i /S ,式中:S 为视场面积,单位为cm 2;n i 为穿过视场面积S 的腐蚀坑数目㊂平均位错密度N d =1/9ðn d ,将9个测量点在视场1mm 2的EPD 值和N d 标注在位错记录图上㊂且将肉眼观察到的宏观缺陷标记在位错记录图上,如图8所示,从图中可看出,CZ15-T 位错密度为2589cm -2且没有其他缺陷㊂根据位错密度检测结果显示,CZ15晶体载流子浓度合格段的头部CZ15-H 位错密度为2256cm -2,尾部CZ15-T 位错密度为2589cm -2,此晶段头尾位错密度均控制在100~10000cm -2,且没有其他缺陷㊂晶体生长过程中,在其他因素稳定的情况下,可通过控制缩颈直径㊁缩颈长度㊁放肩速度来降低晶体位错密度,一般能控制在100~5000cm -2㊂图7㊀显微镜下的晶体缺陷图片Fig.7㊀Photograph of crystal defects under amicroscope 图8㊀晶体尾位缺陷数据Fig.8㊀Crystal tail defect data 2.4㊀深能级杂质浓度检测深能级杂质在半导体中引入的能级位于禁带中央附近,远离导带底(或价带顶),有以下特点:深能级杂质电离能大,施主能级远离导带底,受主能级远离价带顶,不容易电离,对载流子浓度影响不大;一般会产生多重能级,甚至既产生施主能级也产生受主能级;能起到复合中心作用,使少数载流子寿命降低;深能级杂质电离以后为带电中心,对载流子起散射作用,使载流子迁移率减小,导电性能下降㊂13N 超高纯锗单晶深能级杂质主要是Cu,p 型超高纯锗要求深能级杂质浓度不大于4.5ˑ109cm -3㊂使用深能级瞬态谱仪对高纯锗晶体CZ15载流子浓度和位错密度均合格晶段的头部进行深能级杂质浓度检测,得到DLTS 谱图,如图9所示,对测试结束进行峰值拟合,拟合结果如表1所示㊂从表中可看出在陷阱深度0.042eV 中捕获到的Cu s 浓度为9.40ˑ108cm -3,在陷阱深度0.072eV 中捕获到的Cu-H 浓度为3.17ˑ108cm -3,在陷阱深度0.170eV 中捕获到的Cu-H 浓度为5.22ˑ108cm -3,在陷阱深度0.304eV 中捕获图9㊀13N p 型超高纯锗DLTS 谱图Fig.9㊀13N p-type ultra-high purity germanium DLTS spectrum 到的Cu s 浓度为6.37ˑ107cm -3,没有捕获到Cu-H-Li,通过多次检测可知,不同样品同类陷阱深度会在一定范围内波动㊂经过多次检测发现,载流子浓度和晶体缺陷都会影响样片的充放电,从而影响峰值,所以在进行p 型超高纯锗晶体DLTS 检测前,先进行低温霍尔和位错检测,在载流子浓度小于2ˑ1010cm -3,位错密度为100~10000cm -2的晶段头部取样片,进行DLTS 检测㊂本文生长出的CZ15晶体头部深能级杂质浓度为1.843ˑ109cm -3,符合13N p 型超高纯锗深能级指标要求㊂以上检测显示CZ15晶段符合13N 超高纯锗指标,对晶段进行测量,此晶段长度为45mm,直径为76mm,质量为1095g㊂502㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第53卷表1㊀13N p型超高纯锗DLTS拟合结果Table1㊀Fitting results of13N p-type ultra-high purity germanium DLTSImpurity centerΔE/eV Sigma/cm2N T/cm-3Cu s(1)0.042 3.80ˑ10-179.40ˑ108Cu-H(1)0.072 1.52ˑ10-20 3.17ˑ108Cu-H-Li0.16000Cu-H(2)0.170 1.88ˑ10-15 5.22ˑ108Cu s(2)0.3047.31ˑ10-14 6.37ˑ1073㊀结㊀㊀论本文通过二氧化锗还原㊁水平区熔提纯㊁直拉法生长得到13N超高纯锗单晶,其长度为45mm,直径为76mm,质量为1095g,头部截面平均迁移率为4.515ˑ104cm2㊃V-1㊃s-1,载流子浓度为1.176ˑ1010cm-3,位错密度为2256cm-2,尾部截面平均迁移率为4.620ˑ104cm2㊃V-1㊃s-1,载流子浓度为1.007ˑ1010cm-3,位错密度为2589cm-2,头部深能级杂质浓度为1.843ˑ109cm-3㊂此晶体的迁移率㊁载流子浓度㊁位错密度㊁深能级杂质浓度指标均达到了探测器级的使用标准,尺寸也达到了同轴探测器的使用标准㊂参考文献[1]㊀白尔隽,郑志鹏,高德喜,等.高纯锗探测器的广泛应用和自主研制进展[J].原子核物理评论,2016,33(1):52-56.BAI E J,ZHENG Z P,GAO D X,et al.Extensive application and independent research progress of HPGe detector[J].Nuclear Physics Review,2016,33(1):52-56(in Chinese).[2]㊀郝㊀昕,孙慧斌,赵海歌,等.高纯锗多晶材料区熔速度优化的数值模拟[J].深圳大学学报(理工版),2016,33(3):248-253.HAO X,SUN H B,ZHAO H G,et al.Numerical simulation on optimization of zone melting speed of high-purity germanium polycrystalline materials[J].Journal of Shenzhen University Science and Engineering,2016,33(3):248-253(in Chinese).[3]㊀王国干,姚建亚.对国产高纯锗单晶纯度的估计[J].核电子学与探测技术,1987,7(1):59-61.WANG G G,YAO J Y.Estimation of purity of high-purity germauium crystal made in China[J].Nuclear Electronics&Detection Technology, 1987,7(1):59-61(in Chinese).[4]㊀孙雪瑜.高纯锗单晶质量对核辐射探测器的影响[J].稀有金属,1985,9(3):42-49.SUN X Y.Influence of high purity germanium single crystal quality on nuclear radiation detector[J].Chinese Journal of Rare Metals,1985,9(3):42-49(in Chinese).[5]㊀刘㊀锋,耿博耘,韩焕鹏.辐射探测器用高纯锗单晶技术研究[J].电子工业专用设备,2012,41(5):27-31.LIU F,GENG B Y,HAN H P.Research of ultra-purity germanium single crystal s technology for radiation detector[J].Equipment for Electronic Products Manufacturing,2012,41(5):27-31(in Chinese).[6]㊀白尔雋,姜仪锡,苏荫权,等.超高纯锗多晶材料的制备[J].吉林大学自然科学学报,1988,26(3):89-90.BAI E J,JIANG Y X,SU Y Q,et al.Preparation of ultra-pure germanium polycrystalline material[J].Journal of Jilin University,1988,26(3):89-90(in Chinese).[7]㊀白尔隽.高纯锗多晶材料的制备[J].核技术,1998,21(9):558-561.BAI E J.Preparation of high purity germanium polycrystalline materials[J].Nuclear Techniques,1998,21(9):558-561(in Chinese). 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晶体管的分类
晶体管的分类晶体管是一种半导体器件，广泛应用于电子电路中的开关、放大、稳压等功能。
根据晶体管的结构和性质，可以将其分为多种不同的类型。
本文将从几个方面详细介绍晶体管的分类。
一、按材料分类1.硅晶体管硅晶体管是最常见的一种晶体管，其材料主要由硅元素制成。
它具有高稳定性、可靠性和低噪声等特点，被广泛应用于各种电子设备中。
2.锗晶体管锗晶体管是硅晶体管之前使用的一种材料。
它具有较高的导电率和热稳定性，但容易受到氧化影响而失效。
3.砷化镓晶体管砷化镓晶体管是一种新型半导体材料，具有高速、高频、低噪声等优点。
它被广泛应用于高频率放大器和微波电路中。
二、按结构分类1.结型晶体管结型晶体管又称为JFET（Junction Field Effect Transistor），它是通过控制PN结上空间电荷区域内场效应来控制电流的。
它具有低噪声、高输入阻抗等特点，被广泛应用于放大器和开关电路中。
2.双极型晶体管双极型晶体管又称为BJT（Bipolar Junction Transistor），它是由两个PN结组成的三层结构。
它具有较高的放大倍数和较低的输入阻抗，被广泛应用于放大器、开关和振荡器等电路中。
3.场效应晶体管场效应晶体管又称为FET（Field Effect Transistor），它是由金属栅极、绝缘层和半导体构成的。
它具有高输入阻抗、低噪声等特点，被广泛应用于放大器、开关和振荡器等电路中。
三、按工作方式分类1.增强型晶体管增强型晶体管是一种需要外加正向偏压才能工作的晶体管。
当栅极与源极之间施加正向偏压时，会形成导通通道，从而使得漏极之间产生电流。
它具有较高的放大倍数和较低的输入阻抗。
2.耗尽型晶体管耗尽型晶体管是一种不需要外加偏压就能工作的晶体管。
当栅极与源极之间没有施加偏压时，会形成一个耗尽区，从而使得漏极之间无法产生电流。
当施加负向偏压时，会增加耗尽区的宽度，从而减小漏极之间的电流。
3.复合型晶体管复合型晶体管是一种同时具有增强型和耗尽型特点的晶体管。
锗晶体-介绍
锗晶体介绍：锗的物理性质锗的物理性质锗是银白色晶体(粉末状呈暗蓝色)，熔点937.4℃，沸点2830℃，密度5.35g/cm³，莫氏硬度6.0～6.5，室温下，晶态锗性脆，可塑性很小。
锗具有半导体性质，在高纯锗中掺入三价元素(如铟、镓、硼)、得到P型锗半导体；掺入五价元素(如锑、砷、磷)，得到N型锗半导体。
化合价为+2和+4。
第一电离能7.899电子伏特。
锗有着良好的半导体性质，如高电子迁移率和高空穴迁移率等。
晶体结构：晶胞为面心立方晶胞，每个晶胞含有四个金属原子。
据X射线研究证明，锗晶体里的原子排列与金刚石差不多。
结构决定性能，所以锗与金刚石一样硬而且脆。
锗的化学性质锗的化学性质锗化学性质稳定，不溶于水、盐酸、稀苛性碱溶液。
在常温下不与空气或水蒸气作用，但在600～700℃时，与氧气反应能很快生成二氧化锗。
在加热情况下，锗能在氧气、氯气和溴蒸气中燃烧。
锗与盐酸、稀硫酸不起作用，但浓硫酸在加热时，锗会缓慢溶解。
在硝酸、王水中，锗易溶解。
碱溶液与锗的作用很弱，但熔融的碱在空气中，能使锗迅速溶解。
锗易溶于熔融的氢氧化钠或氢氧化钾，生成锗酸钠或锗酸钾。
在过氧化氢、次氯酸钠等氧化剂存在下，锗能溶解在碱性溶液中，生成锗酸盐。
锗的氧化态为＋2和＋4。
锗与碳不起作用，所以在石墨坩埚中熔化，不会被碳所污染。
光学级锗晶体(单晶和多晶)是目前红外透射材料中应用最广泛的材料之一。
它具有宽的红外透射波段(可在3~5μm和8~12μm两波段使用),机械强度高,不易潮解,化学性能稳定等特点,因而是制作红外光学透镜和窗口的良好材料,多数用于热像仪和低功率CO2激光器窗口。
但在使用中,仍要求锗晶体的直径要足够大,透过率要高以及折射率均匀性要好,成本要低。
随着科技的不断进步，激光以及红外技术得到了极其迅猛的发展，光学级锗晶体(单晶和多晶)是目前红外透射材料中应用最广泛的材料之一，因其在红外光学中的卓越性能引起了红外光学行业的重视，它具有宽的红外透射波段(可在3~5μm和8~12μm两波段使用),是制作红外光学透镜和窗口的良好材料,多数用于热像仪和低功率CO2激光器窗口。
锗_元素周期表
特性拟硅锗
原子质量72 72.59
密度（g/cm3） 5.5 5.35
熔点（℃）高947
颜色灰色灰色
氧化物种类耐火（refractory）二氧化物耐火二氧化物氧化物密度（g/cm3）4.7 4.7
氧化性弱碱弱碱
）氯化物熔点100℃以下86℃ （GeCl
4氯化物密度（g/cm3）1.9 1.9
克莱门斯·温克勒
年份
价格（$/kg）[49]
1999 1,400
2000 1,250
2001 890
2002 620
2003 380
2004 600
2005 660
2006 880
2007 1,240
2008 1,490
2009 950
GeS2 + 3O2→ GeO2 + 2SO2
在这个过程中，部份锗会进到所产生的灰尘中，而剩下的锗则被转化
GeO2 + 4HCl → GeCl4 + 2H2O
GeO2 + 2Cl2→ GeCl4 + O2
的GeO2适用于制造锗玻璃。
纯二氧化锗与氢反应后被还原成锗，用这种还原方式所得的锗，适用于红外线光学或半导体工业：GeO2 + 4H2→ Ge + 2H2O
GeO2 + C → Ge + CO2
应用[编辑]
图为典型的单模光纤。
氧化锗用于掺杂二氧化硅核心（1号）。
1. 核心 8 µm
2. 包层 125 µm。
常见的共价晶体
常见的共价晶体
共价晶体是指主要由共价键结合形成的晶体，常见的共价晶体如下所示：（1）某些非金属单质
金刚石、晶体硅、晶体硼、锗（Ge）、灰锡（Sn）等。
（2）某些非金属化合物
二氧化硅（SiO）、金刚砂（SiC）、氮化硼（BN）、氮化铝（AIN）、氮化硅（SiN4）等。
共价晶体中共价键的方向性和饱和性规定了共价晶体中原子间结合的方向和配位数。
例如在金刚石中，每个碳原子与相邻的碳原子都是以四面体方式结合，构成三维骨架。
由于共价键非常稳定，所以，一般地说，共价晶体的结构很稳定，具有很高的硬度和熔点。
由于所有的价电子都参与成键，不能自由运动，因而共价晶体通常不导电。
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锗的晶体类型
锗是一种重要的半导体材料，广泛应用于电子、光电子、太阳能等领域。
锗晶体可以分为两种类型：立方晶系和钻石晶系。
立方晶系锗晶体具有八面体对称性，空间群为Fd3m。
其晶体结构类
似于钻石晶体，因此也被称为类钻石锗。
立方晶系锗晶体的密度为
5.323 g/cm^3，硬度为
6.5，折射率为4.002。
由于其晶体结构的特
殊性质，立方晶系锗晶体有很多独特的物理性质，例如高储能密度、
高热电效应等。
钻石晶系锗晶体具有四面体对称性，空间群为Td。
其晶体结构类似于金刚石，因此也被称为类金刚石锗。
钻石晶系锗晶体的密度为5.765
g/cm^3，硬度为7.5，折射率为4.0。
由于其晶体结构的紧密性，钻
石晶系锗晶体具有很高的光学和热学性能，可用于制备高温高压下的
新材料。
在实际应用中，立方晶系锗晶体常用于制备太阳能电池、光电探测器、高功率激光器、热电材料等；钻石晶系锗晶体则常用于制备高温高压
下的硬质材料、新型光电材料等。
总之，锗晶体是一种非常重要的半导体材料，其晶体类型的不同具有
很多强烈的物理性质变化，进而影响到其在不同应用领域的应用效果。