ژرمانیوم چگونه با عناصر دیگر تعامل دارد؟

ژرمانیوم یک متالوئید گروه 14 است که عمدتاً ترکیباتی را در حالت اکسیداسیون +4 تشکیل می دهد. با اکسیژن، هالیدهای فرار و هیدریدها، یک محلول جامد کامل با سیلیکون، یوتکتیک یا فازهای مرکب با فلزاتی مانند طلا و نیکل، تشکیل می‌دهد و توسط عناصر گروه‌های 13 و 15 از نوع p یا نوع n دوپ می‌شود.

جایی که ژرمانیوم در جدول تناوبی قرار دارد

ژرمانیوم (Ge، عدد اتمی 32) در گروه 14 با کربن، سیلیکون، قلع و سرب قرار دارد. مانند سیلیکون دارای چهار الکترون ظرفیت است و در ساختار مکعبی الماس متبلور می شود. دو حالت اکسیداسیون +2 و +4 را نشان می دهد. حالت +4 در اکثر ترکیبات پایدارتر است. شیمی آن نزدیک به سیلیکون است، با چند تفاوت که در پردازش دستگاه اهمیت زیادی دارد.

اکسیژن: اکسیدهای ژرمانیوم

ژرمانیوم وقتی در هوا گرم می شود اکسید می شود و دی اکسید ژرمانیوم (GeO₂) یک جامد سفید است که در پریفرم های شیشه نوری و فیبر استفاده می شود. برخلاف دی اکسید سیلیکون، GeO₂تا حدودی محلول در آب است و در دمای بالا می تواند با ژرمانیوم واکنش داده و مونوکسید ژرمانیوم فرار (GeO) را تشکیل دهد. به همین دلیل است که ژرمانیوم هرگز اکسید بومی پایداری مانند SiO به دست نیاورد₂و چرا دستگاه‌های MOS ژرمانیوم به دی‌الکتریک‌های با k بالا و غیرفعال‌سازی دقیق سطح نیاز دارند.

هالوژن ها: تتراکلرید ژرمانیوم

ژرمانیوم با کلر واکنش داده و تتراکلرید ژرمانیوم (GeCl₄) یک مایع فرار. دو نقش مهم صنعتی دارد:

• تطهیر:GeCl₄را می توان به خلوص بالا تقطیر کرد، سپس به GeO هیدرولیز کرد₂و قبل از پالایش منطقه و رشد کریستال به فلز تبدیل می شود.
• فیبر نوری:GeCl₄برای دوپ کردن هسته سیلیسی فیبر مخابراتی به منظور افزایش ضریب شکست آن استفاده می شود.

هیدروژن: آلمانی

آلمانی (GeH₄) یک گاز سمی و قابل اشتعال است که به عنوان منبع ژرمانیوم در رسوب شیمیایی بخار لایه های همپای SiGe و Ge استفاده می شود.

سیلیکون: آلیاژهای SiGe

سیلیکون و ژرمانیوم به هر نسبتی مخلوط می شوند تا Si را تشکیل دهند_1-xجنرال الکتریک_xآلیاژها از آنجایی که شبکه ژرمانیوم حدود 4 درصد بزرگتر از سیلیکون است، یک لایه نازک SiGe که روی سیلیکون رشد می کند، صاف می شود. مهندسان از این در ترانزیستورهای دوقطبی ناهمگون SiGe و برای تقویت تحرک حامل در کانال‌های CMOS استفاده می‌کنند.

فلزات: یوتکتیک و ژرمانیدها

رفتار ژرمانیوم با فلزات به فلز بستگی دارد:

توجه داشته باشید که نقره و ژرمانیوم محلول جامد گسترده ای تشکیل نمی دهند. ادعاهایی مبنی بر اینکه آلیاژ نقره-ژرمانیوم مواد تماسی بهتری نسبت به خود فلزات ایجاد می کند، پشتیبانی نمی شود.

دوپانت ها: گروه 13 و 15

به عنوان یک نیمه هادی، رفتار الکتریکی ژرمانیوم توسط مواد ناخالص تنظیم می شود. گالیم، بور یا ایندیم (گروه 13) آن را از نوع p می سازند. فسفر، آرسنیک یا آنتیموان (گروه 15) آن را از نوع n می سازد. سطح دوپینگ مقاومت را کنترل می کند که یک ویژگی کلیدی برای آن استویفر ژرمانیومیبه عنوان بستر برای سلول های خورشیدی چند اتصالی، آشکارسازها و اپتیک مادون قرمز استفاده می شود.

کالکوژن ها: سولفیدها، سلنیدها و تلوریدها

ژرمانیوم GeS را تشکیل می دهد₂، GeSe و GeTe. شیشه‌های کالکوژنید مبتنی بر ژرمانیوم در مادون قرمز انتقال می‌دهند و خانواده ژرمانیوم-آنتیمون-تلوریم در حافظه تغییر فاز استفاده می‌شود.

اسیدها و اچینگ

ژرمانیوم در برابر اسیدهای کلریدریک و سولفوریک رقیق مقاومت می کند اما توسط پراکسید هیدروژن و اسید نیتریک یا سولفوریک غلیظ داغ مورد حمله قرار می گیرد. بنابراین مخلوط‌های مبتنی بر پراکسید، اچ‌کننده‌های رایج ژرمانیوم هستند. هنگام تمیز کردن ویفرهای ژرمانیومی، از مراحل فرآیند نوشته شده برای سیلیکون که اکسید پایداری را فرض می کنند، اجتناب کنید.

برای زیرلایه ها و سایر محصولات ژرمانیوم، به ما مراجعه کنیدژرمانیوممحدوده

سوالات متداول

آیا ژرمانیوم واکنش پذیر است؟خیلی در دمای اتاق نیست. در هوا و آب پایدار است، اما با حرارت دادن اکسید می شود و در اسیدهای اکسید کننده و محلول های پراکسید حل می شود.

چرا ژرمانیوم اینقدر شبیه سیلیکون عمل می کند؟هر دو از عناصر گروه 14 با چهار الکترون ظرفیت و ساختار کریستالی مکعبی الماس یکسان هستند، بنابراین به روش‌های مشابهی پیوند و آلیاژ می‌کنند.

رایج ترین ترکیب ژرمانیوم در صنعت چیست؟دی اکسید ژرمانیوم و تتراکلرید ژرمانیوم رایج ترین هستند که در تصفیه، شیشه های نوری و تولید فیبر استفاده می شوند.