锗晶体-介绍
半导体主要成分
半导体主要成分引言半导体是一种电阻率介于导体和绝缘体之间的材料，其性质主要由其结构和成分决定。
本文将详细介绍半导体的主要成分，包括硅（Silicon）和锗（Germanium）。
硅（Silicon）硅是最常用的半导体材料之一，具有广泛的应用和研究价值。
以下是硅的主要特性：1. 原子结构硅的原子结构是由14个电子组成，其中有4个价电子。
硅原子通过共价键与周围的原子连接在一起，形成晶体结构。
2. 晶体结构硅晶体结构有两种形式：金刚石型（Diamond-like）和石英型（Quartz-like）。
金刚石型硅是最常见的形式，具有面心立方结构。
3. 能带结构硅的能带结构对其电导特性至关重要。
硅是间接带隙半导体，其导带和价带之间的能隙较大，使其在室温下具有较高的电阻率。
4. 掺杂硅可以通过掺杂来改变其电导特性。
掺杂是指向硅晶体中引入其他原子，这些原子会改变硅的电子结构和能带结构。
主要的掺杂方法包括施主掺杂和受主掺杂。
锗（Germanium）锗是最早被用作半导体的材料之一，虽然如今使用较少，但仍具有一定的应用。
以下是锗的主要特性：1. 原子结构锗的原子结构与硅相似，都是由14个电子组成，其中有4个价电子。
锗原子也通过共价键与周围的原子连接在一起。
2. 晶体结构锗晶体结构也是金刚石型，具有面心立方结构。
与硅相比，锗的晶格常数较大。
3. 能带结构锗也是间接带隙半导体，其能带结构与硅相似。
锗的能隙比硅小，导致其在较低温度下具有较高的电导性。
4. 掺杂锗可以通过掺杂来改变其电导特性，方法与硅相似。
由于锗的能隙较硅小，掺杂几率相对较高。
结论硅和锗是最常用的半导体材料，它们具有相似的原子结构、晶体结构和能带结构。
通过掺杂，可以改变它们的电导特性，使其在电子器件中发挥不同的作用。
尽管硅目前是最主流的半导体材料，但锗仍有其特殊的应用价值，尤其在高频电子器件和光电器件领域。
对半导体主要成分的深入了解，有助于我们更好地理解半导体材料的特性和应用。
锗的晶体类型
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。
锗金属晶体
锗金属晶体锗金属晶体锗是一种典型的半导体材料，具有重要的电学、光学和热学性质。
它在半导体工业中广泛应用于制造晶体管、太阳能电池、红外探测器和激光器等领域。
在本文中，我们将深入探讨锗金属晶体的结构、物理性质和应用等方面。
一、锗金属晶体的结构锗晶体具有面心立方结构，其中每个原子都与其周围四个原子相邻。
这种结构类似于钻石和硅晶体的结构，但由于其原子间距较大，因此其密度较低。
二、锗金属晶体的物理性质1. 电学性质锗是一种半导体材料，其电阻率随温度变化而变化。
当温度升高时，其电阻率降低，因此它可以被用作温度传感器。
2. 光学性质锗具有良好的红外透过性能，在红外线领域中得到广泛应用。
它可以被用作红外透镜和红外滤波器等。
3. 热学性质锗具有较高的热导率和较低的热膨胀系数，因此可以被用作热散射器材料。
三、锗金属晶体的应用1. 晶体管锗晶体管是第一代半导体器件，它被广泛应用于电子计算机和通信设备中。
它比硅晶体管具有更好的高频特性和较低的噪声系数。
2. 太阳能电池锗太阳能电池可以转换太阳能为电能，其效率比硅太阳能电池更高。
它可以被用于航空航天、卫星和无人机等领域。
3. 红外探测器锗红外探测器可以探测远红外线，并且具有较高的灵敏度和响应速度。
它可以被用于燃气检测、火灾探测和医学诊断等领域。
4. 激光器锗激光器可以发射红外激光，并且具有较高的功率密度和较窄的线宽。
它可以被用于医学治疗、工业加工和科学研究等领域。
结论锗金属晶体具有重要的电学、光学和热学性质，在半导体工业中得到广泛应用。
它可以被用作晶体管、太阳能电池、红外探测器和激光器等领域。
随着科技的不断发展，锗金属晶体的应用将会越来越广泛。
锗的晶体类型
锗的晶体类型锗是一种重要的半导体材料，具有广泛的应用前景。
在研究锗的晶体类型时，主要包括锗的多晶型和单晶型两种。
多晶锗是指由多个晶体颗粒组成的锗材料。
多晶锗的晶体结构由许多小晶体颗粒通过晶界连接在一起形成。
多晶锗的晶粒大小和晶界分布对材料的电学性能有着重要影响。
晶界是多晶材料中的缺陷区域，会影响晶体的导电性和载流子迁移率。
因此，在制备多晶锗材料时，需要控制晶粒尺寸和晶界数量，以提高材料的电学性能。
多晶锗常用于制备锗基光电器件、太阳能电池等。
单晶锗是指由一个完整的晶体颗粒组成的锗材料。
单晶锗具有高度的结晶度和均匀性，因此具有优异的电学性能。
单晶锗的晶体结构对材料的电子运动有重要影响。
在单晶锗中，晶体的排列规则更加有序，晶体内部没有晶界等缺陷，电子在晶体中的运动更加自由，因此具有更高的载流子迁移率和更低的电阻率。
单晶锗常用于制备高性能的集成电路、红外探测器等。
除了多晶锗和单晶锗，还有一种特殊的锗晶体类型，即锗纳米晶体。
锗纳米晶体是指晶体尺寸在纳米级别的锗材料。
由于其尺寸效应和量子限制效应的作用，锗纳米晶体具有与传统晶体材料不同的物理和化学性质。
锗纳米晶体具有更高的比表面积和更丰富的表面活性位点，因此在催化、光电子学和生物医学等领域具有广泛的应用前景。
锗的晶体类型包括多晶锗、单晶锗和锗纳米晶体。
多晶锗适用于锗基光电器件和太阳能电池的制备，单晶锗适用于高性能集成电路和红外探测器的制备，锗纳米晶体具有独特的物理和化学性质，在催化、光电子学和生物医学等领域具有广泛的应用前景。
锗的不同晶体类型在不同领域具有不同的应用价值，对于锗材料的研究和开发具有重要意义。
锗知识
立志当早，存高远锗知识锗为银灰色金属，密度5.35 克，熔点937.4℃，沸点2830℃。
室温下，晶态锗性脆，可塑性很小。
锗的化学性质稳定，常温下锗在空气中不被氧化，但在加热时，锗能在氧气、氯气和溴蒸气中燃烧。
锗不与水作用，不溶于盐酸和稀硫酸，硝酸和热的浓硫酸能将金属锗氧化为二氧化锗，锗还溶于王水。
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。
锗通常以分散状态存在于其他矿物中，独立的矿物很少。
可从含锗的氧化铅锌矿、闪锌矿和煤灰中回收锗。
锗的提取方法是首先将锗的富集物用浓盐酸氯化，制取四氯化锗，再用盐酸溶剂萃取法除去主要的杂质砷，然后经石英塔两次精馏提纯，再经高纯盐酸洗涤，可得到高纯四氯化锗，用高纯水使四氯化锗水解，得到高纯二氧化锗。
一些杂质会进入水解母液，所以水解过程也是提纯过程。
纯二氧化锗经烘干煅烧，在还原炉的石英管内用氢气于650-680℃还原得到金属锗。
锗在电子工业中的用途已逐渐被硅代替。
但由于锗的电子和空穴迁移率较硅高，在高速开关电路方面，锗比硅的性能好。
锗主要用来生产低功率半导体二极管三极管，锗在红外器件、γ辐射探测器方面有着新的用途，金属锗能让2-15 微米的红外线通过，又和玻璃一样易被抛光，能有效地抵制大气的腐蚀，可用以制造红外窗口、三棱镜和红外光学透镜材料。
锗还与铌形成化合物，用作超导材料。
用氧化锗制造的玻璃有较高的折射率和色散性能，可用于广角照像镜头和显微镜。
ICP-MS 测试地质样品锗元素的研究
ICP-MS 测试地质样品锗元素的研究【摘要】锗为银灰色晶体，熔点为937.4℃，沸点2830℃，密度为5.35g/cm，硬度为6-6.5，是一种稀有金属，重要的半导体材料，室温下晶体锗质脆，有明显的非金属性质。
锗，原子序数32.原子量为72.61。
锗地壳中含量约为0.0007%，大量的锗以分散状态存在各种金属的硅酸盐，硫化物矿以及各种类型的煤中。
锗在自然界分布很散，很广，煤、铜矿，铁矿，硫化矿，某些银矿中也有锗石产出，岩石、泥土和泉水中都含有微量的锗。
很多植物中含有限量的锗，如人参、党参、白芷、枸杞、灵芝草、芦荟和茶叶等。
现在工业生产的锗，主要来自铜，铅，锌冶炼的副产品中，锗作为一种高新技术材料，在光纤通信，国防科技，航空航天技术，医疗保健，地质勘查，化工催化和半导体材料领域应用日趋广泛。
【关键词】ICP-MS 地质样品锗元素研究1 实验部分1.1 仪器和材料试剂（1）电感耦合等离子体质谱仪（ICPMS）X Serise Ⅱ型（赛默飞世尔）（2）聚四氟乙烯烧杯50ml（3）有刻度带塞聚乙烯试管25ml1.2 试剂（1）本实验全过程用水全部为：GB/ T6682-2008 三级水（2）本实验全过程用盐酸，硝酸，磷酸，高氯酸，氢氟酸均为优级纯。
（3）内标溶液ρ（Rh）=25ng/ml（4）仪器调谐液ρ（A）=2ng/ml A为Li，Co，In，U，Be。
（5）国家一级标准物质若干GSD-1a GSD-9 GSD-12 ，GSD-14，GSR-1，GSR-5，GSS-5，GSS-6，GBWXXGSO-1，GSO-2，GSO-4，GSO-7（6）标准溶液①锗标准容液：称取0.0360g经600℃灼烧过的二氧化锗置于250mL烧杯中，加水50mL，加入三颗粒状氢氧化钠，缓慢加热溶解，冷却，移入1000mL容量瓶中，加入20mL磷酸，用水稀释至刻度，摇匀。
此溶液每毫升含25ug锗。
②锗标准溶液：准确移取40mL上述锗标准溶液a）40.00mL置于1000mL 容量瓶中，加入2mL磷酸，用水稀释至刻度，摇匀。
化学元素知识：锗-半导体器件和红外线技术的重要元素
化学元素知识：锗-半导体器件和红外线技术的重要元素锗是一种重要的化学元素，其在半导体器件和红外线技术中发挥着重要作用。
本文将从锗的基本性质、历史发展背景、半导体器件和红外线技术中的应用等方面，详细介绍锗的重要性和应用前景。
一、锗的基本性质锗是一个类似于硅的化学元素，其原子序数为32，位于碳族元素中间。
锗的化学代码为Ge，密度为5.323 g/cm³，熔点为938.25℃，沸点为2,830℃。
锗是一种灰色的金属，具有特殊的导电能力。
它的电导率比金属小，但比半导体大，因此，锗常用于制作半导体器件。
锗是一种丰富的元素，广泛存在于地壳中。
在自然界中，锗主要存在于锗铜矿、锗铅矿等硫化物中。
锗的化学性质与硅非常相似，也是一种不活泼的元素，不容易与其他元素发生化学反应。
二、历史发展背景锗的发现与研究一直伴随着人类的科学发展历程。
早在19世纪70年代，德国化学家Weilandt曾经从某种银矿中提取得锗。
后来，K. Winkler在1886年从一个硅铝矿物中分离出了纯的锗。
由于它的特殊电学性质，锗很快就被用于半导体器件中。
20世纪50年代，随着晶体管和集成电路的发明，半导体技术得到了快速发展。
而锗正式成为半导体器件的重要组成部分，从而促进了半导体行业的迅速崛起。
三、锗在半导体器件中的应用半导体器件是指在一定温度下，导电性介于导体和绝缘体之间的材料。
因其具有电子、光学、热学等多种性质，在现代电子技术、通信技术、计算机科学等领域得到了广泛的应用。
早期的半导体器件使用的是锗材料，此后，由于硅的晶体结构更稳定，更容易控制制备过程，硅也逐渐成为了半导体器件的主要材料。
但锗在一些特殊应用场合中还是无可替代的。
锗的光电性能优越，可以在高频率下运行，因此，锗通常用于制造微波移相器、高频变阻器和放大器等设备。
锗管是最早的半导体器件之一。
由于制造进度远远落后于晶体管，现在锗管已经较少使用了。
四、锗在红外线技术中的应用除了半导体器件，锗在红外线技术中也有着非常重要的应用。
光学级锗晶体生长方法新进展
光学级锗晶体生长方法新进展苏 小 平(北京有色金属研究总院,北京100088)摘 要: 介绍了90年代以来,光学级锗晶体生长方法的新进展。
着重介绍了VGF法制备锗单晶、铸造法制备锗多晶的工艺和装置。
简单比较了不同方法制备的锗晶体的主要光学、电学性能及制造成本。
关键词: 锗晶体 生长方法 进展光学级锗晶体(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。
它具有宽的红外透射波段(可在3~5 m和8~12 m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。
因此,人们在锗晶体的制造方法上做了大量研究工作,以便以更低的成本获得满足红外光学使用要求的高质量锗晶体。
本文介绍了90年代以来锗晶体制备方法的一些新进展,并就有关锗晶体的性能进行了比较。
1 单晶锗的制备单晶锗是最初用于制造晶体管和二极管的半导体材料。
70年代在其被单晶硅取代之后,锗单晶转向红外光学用途。
水平区熔法是过去生长电子材料用锗单晶的主要方法。
但因其生长的锗单晶截面积小而无法满足红外光学要求而被淘汰。
1 1 直拉法(CZ法)生长锗单晶直拉法是目前生长锗单晶最主要的方法,也是制造集成电路用大直径硅片的主要方法。
该法是在盛有熔体锗的坩埚内,引入籽晶作为非均匀晶核,然后控制温场(径向和纵向温度分布),将籽晶以一定速度旋转,晶体在籽晶下方按照籽晶晶向长大。
图1是典型的CZ法简图。
这种方法的关键是炉内要有一个合理的热场,图1 直拉法示意图使熔体中纵向温度梯度(d T/d Z)L大于0,径向温度梯度(d T/d r)L大于0;晶体中的温度梯度(d T/ d Z)S和(d T/d r)S均大于0,以保证熔体中不发生均匀成核及坩埚边缘不会生成非均匀晶核,只允许坩埚中央的籽晶长大,并保持一个平坦的固液交界面。
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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。
主要优势：
第一，锗的红外波段较宽；
第二，锗在不同波长红外线上的透过率比其他材料要高；
第三，锗在不同波长红外线上的折射率和低色散表现理想；
第四，锗的环境适应性较好，同时其物理性能也比较优秀；
第五，锗的加工比较方便；
第六锗的制造成本比较低。
红外器件所用锗单晶为n型，电阻率5～40欧姆·厘米，单晶直径可达300毫米,多晶直径可达600毫米。
探测器级锗单晶用于制作锂漂移探测器和高纯锗探测器
纯度：晶体生长时所使用的原材料锗多晶锭，应满足GB/T11071的要求。
其纯度应不低于99.9999%（6N），电阻率不低于50Ω.cm。
结晶质量：晶体外侧壁、端面不应观察到晶界、孪晶、孔洞。
外观质量：晶体侧壁表面为原生表面，两端面为切割表面或原生表面。
侧壁与两端面无污染、无崩边、无裂纹、无划痕。
晶向：锗单晶的晶向，以头、尾端面所测晶向进行表征。
锗单晶的晶向有两种：<100>、<111>。
导电类型：锗单晶的导电类型，以晶体的头、尾端面所测导电类型进行表征。
锗单晶的导电类型共有两类：N型、P型。
红外光学部件所使用的锗单晶是N 型。
掺杂剂：锗单晶的掺杂剂如下图。
锗单晶导电类型及掺杂剂
电阻率：锗单晶的电阻率，以单晶的头、尾端面的电阻率表征。
分为以下数档：
光学透过率：对于厚度5mm，双面研磨抛光、两面平行的锗单晶样品，在2μm～12.0μm波长范围，光学透过率应不低于45%，透射率曲线应平滑、无吸收峰。
如下图：
光学吸收系数：锗晶体的吸收系数在3.0μm处应不大于0.01cm-1，在10.6μm 处应不大于0.03cm-1。
折射率：折射率应符合下表的规定。
断裂模量：锗单晶的断裂模量应不小于75MPa。
技术概述：
锗金属无法直接被应用，应用到红外光学行业的是由锗金属制成锗单晶，锗单晶的生长方法：
直拉法
直拉法是目前生长锗单晶最主要的方法,也是制造集成电路用大直径硅片的主要方法。
该法是在盛有熔体锗的坩埚内,引入籽晶作为非均匀晶核,然后控制温场(径向和纵向温度分布),将籽晶以一定速度旋转,晶体在籽晶下方按照籽晶晶向长大。
第一，先用坩埚将锗锭融化；
第二，将一个锗晶体固定在拉杆上做晶体种子；
第三，将晶体种子垂直放入到比熔点温度稍高的熔融锗中；
第四，在一定的速度下将晶体种子从熔融锗中拉出，此时熔融锗便能以净体种子的结晶方向凝固。
通过精确的控制晶体种子的拉出速度以及坩埚和晶体种子的转速，同时结合自动控温等技术就可以制成0.003～40Ω—CMn型电阻率、
0.002～40Ω—CMp型电阻率、500～3000CM位错密度、20～300mm直径的锗单晶。
区熔匀平法
这种锗单晶的生产方式是运用石英管加热炉来生产锗单晶的，其生产的锗单晶电阻率均匀，通常这种方式生产可生产出3%上下径向密度、7%上下纵向密度、103cm位错密度、5～12cm截面的锗单晶。
生长流程：。