锗与硅 做半导体材料 各自的优缺点

先说说硅：作为现在最广泛应用的半导体材料,它的优点是多方面的. 1）硅的地球储量很大,所以原料成本低廉. 2）硅的提纯工艺历经60年的发展,已经达到目前人类的最高水平. 3）Si/SiO2 的界面可以通过氧化获得,非常完美.通过后退火工艺可以获得极其完美的界面. 4）关于硅的掺杂和扩散工艺,研究得十分广泛,前期经验很多. 不足：硅本身的电子和空穴迁移速度在未来很难满足更高性能半导体器件的需求.氧化硅由于介电常数较低,当器件微小化以后,将面临介电材料击穿的困境,寻找替代介电材料是当务之急.硅属于间接带隙半导体,光发射效率不高. ------------------------------------ 锗：作为最早被研究的半导体材料,带给我们两个诺贝尔奖,第一个transistor和第一个IC.锗的优点是： 1）空穴迁移率最大,是硅的四倍；电子迁移率是硅的两倍. 2）禁带宽度比较小,有利于发展低电压器件. 3）施主/受主的激活温度远低于硅,有利于节省热预算. 4）小的波尔激子半径,有助于提高它的场发射特性. 5）小的禁带宽度,有助于组合介电材料,降低漏电流. 缺点也比较明显：锗属于较为活泼的材料,它和介电材料的界面容易发生氧化还原反应,生成GeO,产生较多缺陷,进而影响材料的性能；锗由于储量较少,所以直接使用锗作衬底是不合适的,因此必须通过GeOI（绝缘体上锗）技术,来发展未来器件.该技术存在一定难度,但是通过借鉴研究硅材料获得的经验,相信会在不久的将来克服.

元素符号Ge，原子序数32，原子量72.59，外围电子排布式4s24p2，原子半径122皮米，Ge4+半径53皮米，第一电离能769.12千焦/摩尔，电负性1.8，主要氧化数为+4、+2。位于第四周期ⅣA族。银白色有光泽金属，质脆，晶体锗具有金刚石结构，密度5.35克/厘米3，熔点937.4℃，沸点2830℃。室温下在空气中较稳定，在高温下能被氧化。粉状锗可在氯或溴中燃烧。不溶于水和盐酸及稀硫酸。能溶于浓硝酸、浓硫酸或王水。不溶于稀苛性碱溶液；可溶于熔融的苛性碱、硝酸盐或碳酸盐，生成锗酸盐。能跟硫化合生成硫化锗。在1000℃以上可跟氢化合。高纯度锗是半导体材料，掺有微量特定杂质的锗单晶可用于制各种晶体管、整流器及其他器件，作为温差电池材料用于制太阳能电池、光电池，用于制热敏电阻、薄膜电阻、半导体温度计、专门透过红外线的锗窗、棱镜或透镜等。锗的化合物用于制荧光板及各种高折光率玻璃。锗属于稀散元素，没有可供工业开采的矿石，在地壳中占质量的7.0×10-4，在煤、银、锡、锌、铜等矿中含有少量。近代工业生产主要以硫化锌矿、煤以及冶金废料或烟道灰尘中回收。门捷列夫于1871年曾预言其存在，十四年后德国化学家文克勒于1885年在分析硫银锗矿时发现了锗，后由硫化锗与氢共热，制出了锗。提炼锗的原理是先将硫化物矿氧化，使矿石中的硫化锗转化为二氧化锗，再用盐酸溶解并蒸馏，利用四氯化锗的挥发性将它分离出来。再将四氯化锗水解，使其转变为二氧化锗，然后在低于540℃的温度用氢气还原氧化锗 化学式GeO2，式量104.59。白色粉末不溶于水，不跟水反应。是以酸性为主的两性氧化物。可溶于浓盐酸生成四氯化锗，也可溶于强碱溶液，生成锗酸盐，如：

GeO2+2NaOH=Na2GeO3+H2O

用作半导体材料。由锗加热氧化或由四氯化锗水解制得。 化学式GeCl4，式量214.43。无色液体，能与硫酸混溶，遇水分解生成二氧化锗。密度1.879克/厘米3，熔点-49.5℃，沸点83.1℃。制半导体锗的原料。由浓盐酸溶解二氧化锗制得。

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