Германий

Германий (Ge) имеет более низкую температуру плавления, чем кремний, инертен к контейнерным материалам из кварца и графита, за счет этого материалы высокой чистоты из полупроводников первыми были получены из германия. Германий – элемент 4-й группы, кристаллическая решетка типа алмаз, связь между атомами ковалентная.

jз=0,71 эВ, Мn=3900, Мр=1800, ni=10¹³ 1/см³

По концентрации собственных носителей заряда (ni) германий превосходит кремний, но в современном производстве полупроводниковых приборов герамний практически не используется. Это связано с:

1) небольшой шириной запрещенной зоны, которая создает низкий максимальный температурный предел ~ 70-80^о C, который ещё снижается на 30%, если учесть высокий температурный коэффициент;

2) к германию не применима современная планарно-эпитаксиальная технология, построенная на маскирующих свойствах собственного оксида. Диоксид германия (GeO₂) при повышенных температурах взаимодействует с парами воды и растворяется;

3) довольно рассеянный элемент в земной коре.

Германий в настоящее время используется в детекторах ядерного излучения и в оптике для создания линз. Там требуются материалы высочайшей чистоты. Германий получают при переработке на кокс некоторых сортов угля из свинцово-цинковых руд, тщательно собирают все отходы при производстве Ge. Его получают по следующей схеме:

1) GeO2 +4HCl-> GeCl4+2H2O – получают поликристаллический тетрахлорид германия;

2) GeCl4+H2O -> GeO2+4HCl (гидролиз) – восстановление чистого диоксида;

3) GeO2+H2 -> Ge+H2O – пиролиз для получения поликристаллического германия.

Если используются отходы, то 1-я реакция заменяется на:

Ge+2Cl4 -> GeCl2

Поликристаллический германий используется в производстве монокристаллического германия методом Чохральского с диаметром до 300-500 мм. Монокристаллический германий подвергают очистке методом зонной плавки (рис. 1.9).

1 – слиток моногермания.

2 – зоны расплава.

3 – графитовая лодочка.

4 – индуктор.

5 – кварцевая трубка.

Рис. 1.9

Примеси собираясь в жидкой фазе, сгоняются к одному концу слитка, который обрезается, причем прогоняют от 5 до 10 раз и получают германий требуемой чистоты.

Слиток германия помещают в графитовую лодочку и с помощью высокочастотного индуктора идет нагревание отдельных зон. Способ очистки основан на том, что примеси лучше растворяются в жидкой фазе, чем в твердой. Зона расплава перемещается вдоль слитка за счет перемещения высокочастотного индуктора.

Дата добавления: 2015-10-21