Германий монокристаллический

Германий монокристаллический: свойства, марки и применение

Германий (Ge) относится к группе рассеянных элементов и является одним из ключевых полупроводниковых материалов. Монокристаллический германий применяется для производства диодов, транзисторов, фотоприёмников и элементов инфракрасной оптики. Материал характеризуется высокой подвижностью носителей заряда и широкой полосой прозрачности в ИК-диапазоне от 1,8 до 23 мкм.

Требования к монокристаллическому германию для полупроводниковых приборов установлены в ГОСТ 16153-80. Стандарт регламентирует электрофизические параметры, геометрические размеры слитков, допустимую плотность дислокаций и требования к упаковке.

Марки монокристаллического германия по ГОСТ 16153-80

В зависимости от типа электропроводности и легирующей примеси монокристаллический германий подразделяется на две основные группы:

ГЭ — германий электронного типа проводимости (n-тип), легированный сурьмой (Sb). Используется для изготовления диодов, детекторов и других полупроводниковых приборов.

ГД — германий дырочного типа проводимости (p-тип), легированный галлием (Ga). Применяется в приборах с p-n переходами, болометрах и ИК-фотоприёмниках.

Удельное электрическое сопротивление монокристаллов нормируется в диапазоне от 0,001 до 0,45 Ом·м в соответствии с рядами ГОСТ 8032-84. По допустимому отклонению сопротивления и плотности дислокаций слитки делятся на подгруппы 1, 2 и 3.

Геометрические параметры слитков

Стандартный диаметр монокристаллических слитков по ГОСТ 16153-80 составляет от 28 до 40 мм при длине не менее 50 мм. Для марки ГЭ 9 г1 по требованию потребителя возможно изготовление слитков диаметром от 40 до 50 мм. Разница между наибольшим и наименьшим диаметром в пределах одного слитка не должна превышать 4 мм.

Слитки не должны иметь внешних дефектов: сколов размером более 3 мм, трещин и раковин. Контроль внутренних дефектов (раковин, трещин) выполняется при резке монокристалла.

Поликристаллический германий зонноочищенный

Исходным сырьём для выращивания монокристаллов служит поликристаллический зонноочищенный германий по ГОСТ 16154-80. Стандартом предусмотрены две марки:

ГПЗ-1 — германий высокой чистоты (99,9999 %), удельное сопротивление более 50 Ом·см. Предназначен для выращивания легированных и нелегированных монокристаллов.

ГПЗ-2 — материал для производства сплавов, заготовок оптических деталей и других применений, где допускается несколько меньший уровень чистоты.

Получение поликристаллического германия осуществляется методом зонной плавки из технического тетрахлорида германия (GeCl₄), прошедшего многоступенчатую очистку: сернокислотную дистилляцию, жидкостную экстракцию и ректификацию.

Применение в ИК-оптике и тепловидении

Монокристаллический оптический германий (ГМО) прозрачен в инфракрасном диапазоне от 2 до 14 мкм, что перекрывает два важных атмосферных окна прозрачности: 3–5 мкм и 8–14 мкм. Эти характеристики делают его базовым материалом для:

• линз и окон тепловизионных систем;
• ИК-объективов систем наведения и обнаружения;
• защитных стёкол пирометров;
• оптических фильтров и подложек;
• ATR-призм для ИК-спектроскопии.

Высокий показатель преломления (около 4,0) позволяет изготавливать эффективные светоделители с пропусканием около 50 % без дополнительных покрытий. Для уменьшения потерь на отражение на рабочие поверхности наносят просветляющие покрытия, а для защиты от механических воздействий — алмазоподобное DLC-покрытие.

Применение в полупроводниковой электронике

Германий был первым материалом транзисторной эпохи. Несмотря на вытеснение кремнием в массовом производстве, монокристаллический германий сохраняет позиции в специальных применениях:

• детекторы гамма-излучения высокого разрешения (HPGe-детекторы);
• фотоприёмники ИК-диапазона;
• датчики Холла для измерения магнитных полей;
• подложки для эпитаксиального роста соединений A^IIIB^V;
• компоненты термоэлектрических преобразователей.

Для производства полупроводниковых приборов критически важна низкая плотность дислокаций и высокая однородность удельного сопротивления по объёму слитка.

Связь с родственными материалами

По технологии получения и областям применения монокристаллический германий близок к кремнию монокристаллическому. Оба материала являются полупроводниками IV группы, выращиваются методом Чохральского и применяются в электронике и оптике. Германий также входит в группу редких и рассеянных элементов, поставляемых RusskijMetall.ru для нужд высокотехнологичных производств.

Упаковка и хранение

Монокристаллические слитки упаковывают в полиэтиленовые пакеты по ГОСТ 10354, которые герметично заваривают. Пакет помещают в картонную коробку с мягкой прокладкой, защищающей от механических повреждений при транспортировке. В упаковку вкладывают документ о качестве с указанием марки, электрофизических параметров, геометрических размеров и данных изготовителя.

Хранение осуществляется в упаковке изготовителя в закрытых складских помещениях. Допускается транспортировка железнодорожным, автомобильным и авиационным транспортом.

Гранулированный германий для оптических покрытий

Для нанесения оптических покрытий методом вакуумного напыления применяют германий в форме гранул. Материал упаковывают в герметичные банки, дополнительно затягиваемые полиэтиленовой плёнкой для защиты от влаги и окисления. Гранулированная форма обеспечивает равномерное испарение в вакуумных установках при формировании ИК-прозрачных слоёв.

Формы поставки монокристаллического германия

Компания RusskijMetall.ru осуществляет поставки германия в различных формах:

• монокристаллические слитки марок ГЭ и ГД по ГОСТ 16153-80;
• поликристаллический зонноочищенный германий ГПЗ-1, ГПЗ-2 по ГОСТ 16154-80;
• германий гранулированный для оптических покрытий;
• заготовки для ИК-оптики.

Условия поставки, объёмы и сроки — по согласованию. Возможна комплектация под конкретные технические требования заказчика.