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。
移动速度过快的影响
杂质偏析不彻底,纯度不达标:快速移动时,熔区向前推进速度超过杂质在液相中的扩散速度,杂质无法及时随熔区向尾料迁移,会被 “截留” 在结晶的固相锗中,导致锗锭主体纯度下降,无法达到 6N 及以上的目标纯度要求。
晶体生长不稳定,易形成柱状晶或枝晶:过快的移动速度会使固 - 液界面变得陡峭,晶体生长方向紊乱,容易形成柱状晶或枝晶结构,破坏晶体的完整性,后续加工时锗锭易脆断。
熔区形态不稳定:速度过快可能导致熔区拉长、变形,甚至出现 “断熔” 现象,造成局部未熔或过熔,影响整根锗锭的提纯均匀性。
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。