資源分布與產(chǎn)量:鍺在地殼中含量極其稀少,且多伴生于鉛鋅礦、煤礦等礦石中。中國是世界上的精制鍺生產(chǎn)國,在全世界每年生產(chǎn)的 150 公噸金屬中約占 70%,其他主要生產(chǎn)國包括俄羅斯和加拿大。
原料預(yù)處理
原料選擇:選用純度約 5N(99.999%)的粗鍺錠或還原鍺粉,通常來自 GeCl?水解、GeO?氫還原等工藝產(chǎn)出的初級金屬鍺。
表面凈化:用混合酸(如 HF+HNO?)腐蝕去除表面氧化層與油污,再經(jīng)去離子水清洗、真空烘干,防止雜質(zhì)帶入后續(xù)工序。
破碎與成型:將凈化后的鍺料破碎成均勻顆粒,壓制成與石英舟適配的條狀或塊狀,減少區(qū)熔時的縮孔與偏析。
移動速度過慢的影響
雜質(zhì)偏析充分,但生產(chǎn)效率低:慢速移動時,熔區(qū)與固相鍺的接觸時間長,雜質(zhì)在固 - 液兩相的分配能充分達(dá)到平衡,偏析效果好,能有效將雜質(zhì) “推” 向尾料端,利于提升鍺錠主體純度。但過慢的速度會大幅延長單爐生產(chǎn)周期,增加能耗和設(shè)備占用成本,降低產(chǎn)能。
易產(chǎn)生成分不均與晶體缺陷:長時間高溫會導(dǎo)致鍺原子擴(kuò)散過度,可能出現(xiàn)局部成分偏聚;同時,緩慢冷卻易形成粗大晶粒,晶粒間的晶界增多,還可能因熱應(yīng)力累積產(chǎn)生微裂紋。
鍺揮發(fā)損失增加:熔區(qū)處于高溫的時間越長,鍺的揮發(fā)量越大,不僅降低成品收率,揮發(fā)的鍺蒸汽還可能污染爐體或重新凝結(jié)在鍺錠表面,引入二次雜質(zhì)。
鍺錠的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)?
純度等級:核心指標(biāo),以 “N” 表示(1N=99%),區(qū)熔鍺錠主流為 6N~8N,高端半導(dǎo)體應(yīng)用需 9N 級超高純鍺錠,雜質(zhì)總量≤0.1ppm。?
晶體結(jié)構(gòu):區(qū)熔鍺錠需為定向結(jié)晶的多晶或準(zhǔn)單晶,晶粒尺寸均勻(通常≥5mm),無明顯裂紋、縮孔、夾雜等缺陷。?
電學(xué)性能:電阻率(25℃時)需符合標(biāo)準(zhǔn),6N 鍺錠電阻率通常為 47~53Ω?cm,純度越高電阻率越穩(wěn)定。?
化學(xué)雜質(zhì):重點控制 O、C、Fe、Cu、Ni、Si 等雜質(zhì),其中 O 含量需≤5ppm(避免影響晶體導(dǎo)電性),重金屬雜質(zhì)≤0.1ppm。?
外觀與尺寸:銀灰色金屬光澤,表面無氧化斑、油污,截面呈梯形或矩形,長度通常為 300~600mm,直徑 / 寬度根據(jù)應(yīng)用定制。

