半导体工业的原料-锗的故事

锗，是德国化学家文克列尔在1885年用光谱分析法发现的——也就是门捷列夫在1871年所预言的元素“亚硅”。不过，直到1942年，人们才发现锗是优异的半导体材料，可以用来代替真空管，锗这才有了工业规模的生产，成了半导体工业的重要原料。

锗在周期表上的位置，正好夹在金属与非金属之间。锗虽属于金属，却具有许多类似于非金属的性质，在化学上称为“半金属”。就其导电的本领而言，优于一般非金属，劣于一般金属，在物理学上称为“半导体”。

锗是浅灰色的金属。据X射线的研究证明，锗晶体里的原子排列与金刚石差不多。结构决定性能，所以锗与金刚石一样，硬而且脆。

锗在地壳中的含量为一百万分之七，比之于氧、硅等常见元素当然是少，但是，却比砷、铀、汞、碘、银、金等元素都多。然而，锗却非常分散，几乎没有比较集中的锗矿，因此，被人们称为“稀散金属”。现在已发现的锗矿有硫银锗矿（含锗5%～7%）、锗石（含锗10%）、硫铜铁锗矿（含锗7%）。另外，锗还常夹杂在许多铅矿、铜矿、铁矿、银矿中，就连普通的煤中，一般也含有十万分之一左右的锗，也就是说，1吨煤中含有10克左右锗。在普通的泥土、岩石和一些泉水中，也含有微量锗。

由于锗非常分散，这就给提炼带来很大的困难。不过，人们仔细研究，却发现一个重要的秘密——在烟道灰中，竟然含有较多的锗。这是怎么回事呢？原来，煤里所含的微量锗，是以氧化锗或硫化锗的形式存在。煤燃烧时，这些锗化合物一受热，便挥发了，而进入烟道后，却又受冷凝结于烟道灰中。据测定，烟道灰中的含锗量可达千分之一，有的甚至可达1%～2%，比煤中含锗量高一百倍到一千倍。现在，我国在各工厂普遍推广烟道除尘技术，一方面可以变冒黑烟为冒白烟，净化空气，清洁环境，另一方面又可以从烟道灰中提取锗。我国每年产煤几亿吨，从中可提取几千吨锗！北京、上海以及在东北的不少工厂，现在都已从墨黑的烟道灰中，提炼出银灰色的锗锭。另外，我国的一些铅锌矿、铜矿中也含锌，在炼铅、锌、铜的同时，也从“杂质”中提取锗。

从煤灰或各种金属矿中提取的锗，一般是氧化锗或硫化锗。用碳、氢或镁进行还原，即可制得金属锗。不过，用作半导体材料的锗，必须非常纯净。一般的物质如果纯度达到99.9%，已算够纯的了，而用作半导体的锗的纯度，必须在99.999%以上。现在，用于制造收音机的半导体锗，纯度高达99.999999%～99.9999999%，也就是八个“9”到九个“9”的纯度。最近，人们还甚至制得纯度高达11个“9”的纯锗，其中杂质含量只有一千亿分之一。这样少的杂质，用一般的光谱分析还查不出来，要用催化蒸发法光谱分析或其他超纯分析方法，才能进行测定。在工业上，是用区域熔融法来制取纯锗——把锗锭放在石墨舟（或石英舟）里，装进石英管，抽成真空，然后用电炉在管外从这端逐渐加热到另一端，纯锗逐渐从熔液中结晶出来，而杂质逐渐集中到锗锭的末端，这样便可制得几个“9”的纯锗。

纯锗大量地用来制造晶体整流管（即二极管）和晶体放大管（即三极管）。这种锗晶体管很小，构造简单，耐震，耐撞，比电子管的寿命长，耗电量小，成本低。据统计，现在全世界年产锗晶体管已超过五亿个。(www.xing528.com)

在半导体收音机中，绝大部分是用锗作为半导体。另外，锗晶体管还用于制造雷达设备、遥控设备、电子计算机等。

由于温度改变时，锗的电阻也立即随之发生灵敏的变化，所以锗又用来制造“热敏电阻”，即利用锗的电阻随温度升降的变化，来测定温度的高低。它甚至可觉察1千米外人体所射出的红外线。

此外，锗还被涂在玻璃上，制成电阻，用于制造光电管、热电偶等。

由于半导体锗的发现和应用，开辟了电子微型化的道路，是无线电技术发展中的一大进步。

二氧化锗，用来制造某些折射率很强的玻璃。在医学上，由于锗能刺激红细胞的生成，所以锗的化合物可用来治疗贫血病与嗜眠症。