物理性质:具有银灰色金属光泽,条状,梯形截面,性脆,易断裂,硬度 5.0 左右,微导电,属于典型的半导体。其密度为 5.35g/mL,熔点为 937℃,沸点为 2830℃,不溶于盐酸、硝酸和常碱,但溶于 HF、王水和热的 NaOH 溶液中。
后处理
冷却与脱模:区熔结束后,以 2~5℃/min 速率分段降温,500℃以下慢速冷却,防止内应力开裂,冷却后取出锗锭。
切头切尾:切除含高浓度杂质的尾料与籽晶部分,保留中间高纯段。
检测分级:通过电阻率测试、ICP-MS 分析杂质含量,按纯度分级(如 6N、7N、8N),合格产品包装入库,不合格品返回原料重熔。
退火处理(可选):对高纯锗锭进行 400~500℃真空退火,消除内应力,提升晶体完整性,满足半导体单晶制备需求。
锗锭的核心分类与差异
除了之前重点介绍的区熔锗锭,工业中常见的锗锭还包括以下类型,核心差异集中在提纯工艺、纯度与用途:
类型
提纯方法
纯度范围
关键特点
主要应用
区熔锗锭(FZ-Ge)
水平 / 垂直区熔法
6N~9N(99.9999%~99.9999999%)
杂质偏析彻底,晶体完整性高,半导体特性优异
锗单晶、红外光学材料、半导体器件
真空熔炼锗锭
真空高温熔炼
4N~5N(99.99%~99.999%)
生产效率高,成本较低,纯度适中
锗合金、低档光学部件、含锗化合物原料
电解精炼锗锭
电化学还原 + 精炼
5N~6N
杂质去除效率稳定,适合批量生产
光纤用锗掺杂剂、靶材中间体
锗锭的关键质量指标
纯度等级:核心指标,以 “N” 表示(1N=99%),区熔锗锭主流为 6N~8N,高端半导体应用需 9N 级超高纯锗锭,杂质总量≤0.1ppm。
晶体结构:区熔锗锭需为定向结晶的多晶或准单晶,晶粒尺寸均匀(通常≥5mm),无明显裂纹、缩孔、夹杂等缺陷。
电学性能:电阻率(25℃时)需符合标准,6N 锗锭电阻率通常为 47~53Ω・cm,纯度越高电阻率越稳定。
化学杂质:重点控制 O、C、Fe、Cu、Ni、Si 等杂质,其中 O 含量需≤5ppm(避免影响晶体导电性),重金属杂质≤0.1ppm。
外观与尺寸:银灰色金属光泽,表面无氧化斑、油污,截面呈梯形或矩形,长度通常为 300~600mm,直径 / 宽度根据应用定制。