Black Lump Germanium Ge Semiconductor Material dan sintesis germanium oxide untuk optik

Germanium (Ge): Bahan Semikonduktor dan Sintesis Germanium Oksida untuk Aplikasi Optik

Germanium (Ge) adalah unsur kimia dengan nomor atom 32 dan berat atom 72,64, terletak di Periode 4, Grup IVA tabel periodik. Ini adalah metaloid abu-abu-putih yang berkilau dan keras dengan sifat yang mirip dengan silikon dan timah. Germanium tidak larut dalam air, HCl encer, dan alkali lemah tetapi larut dalam aqua regia, HNO₃ pekat, atau H₂SO₄. Ia menunjukkan perilaku amfoterik, larut dalam alkali cair, peroksida, atau nitrat/karbonat logam alkali. Germanium tetap stabil di udara dalam kondisi normal.

Aplikasi

1. Manufaktur semikonduktor (transistor, dioda, optik IR).
2. Produksi germanium oksida (GeO₂) (serat optik, fosfor).

Seri Produk

Informasi Kesehatan dan Keselamatan

Spesifikasi Pengemasan

• Pengemasan standar: 50 kg/drum, 500 kg/palet, tas ton
• Pengemasan sampel: 500 g/tas, 1 kg/botol

Sifat Kimia Germanium

Germanium secara kimia stabil dan tidak bereaksi dengan udara atau uap air pada suhu kamar, tetapi dengan cepat membentuk germanium dioksida (GeO₂) pada suhu 600–700°C. Ia tidak bereaksi dengan asam klorida atau asam sulfat encer. Dalam asam sulfat pekat panas, germanium larut perlahan. Ia mudah larut dalam asam nitrat dan aqua regia. Reaksi antara larutan alkali dan germanium lemah, tetapi alkali cair di udara dapat dengan cepat melarutkan germanium. Germanium tidak bereaksi dengan karbon, sehingga dapat dilebur dalam wadah grafit tanpa kontaminasi karbon.

Perilaku Oksidasi

Germanium teroksidasi pada suhu yang relatif tinggi, disertai dengan hilangnya berat karena pembentukan GeO, yang sangat mudah menguap. Para peneliti telah mempelajari proses oksidasi permukaan germanium: pertama, germanium direduksi dengan CO pada suhu 600°C untuk menghilangkan oksigen yang terikat atau teradsorpsi pada permukaan. Kemudian, germanium dioksidasi di bawah tekanan oksigen 10 kPa pada suhu 25–400°C, membentuk lapisan oksida pertama hanya dalam 1 menit. Ketika suhu melebihi 250°C, lapisan oksida kedua terbentuk dengan cepat. Seiring dengan peningkatan suhu lebih lanjut, laju oksidasi melambat secara signifikan. Setelah mengoksidasi pada suhu 400°C selama 3 jam, terbentuk film GeO₂ dengan ketebalan 1,75 nm.

Perilaku Pelarutan dalam Pelarut yang Berbeda

Germanium menunjukkan perilaku korosi dan pelarutan yang berbeda dalam berbagai pelarut. Germanium tipe-N memiliki potensi pelarutan yang sedikit lebih positif daripada tipe-p, sehingga ia larut lebih cepat dalam larutan yang sama. Germanium mudah larut dalam asam panas, alkali panas, dan H₂O₂ dengan oksidator. Ia kurang larut dalam asam sulfat encer, asam klorida, dan larutan alkali dingin. Germanium tidak larut dalam air pada suhu 100°C, tetapi dalam air yang jenuh oksigen pada suhu kamar, laju pelarutannya mendekati 1 μg/(cm·h).

Metode Ekstraksi Germanium

Metode ekstraksi germanium melibatkan pertama-tama mengklorinasi konsentrat germanium dengan asam klorida pekat untuk menghasilkan germanium tetraklorida (GeCl₄). Pengotor utama, arsenik, kemudian dihilangkan dengan ekstraksi pelarut asam klorida. Selanjutnya, produk mengalami dua putaran distilasi dalam kolom kuarsa dan dicuci dengan asam klorida kemurnian tinggi untuk mendapatkan GeCl₄ kemurnian tinggi. Air kemurnian tinggi digunakan untuk menghidrolisis GeCl₄, menghasilkan germanium dioksida (GeO₂) kemurnian tinggi. Beberapa pengotor tetap berada dalam cairan induk hidrolisis, sehingga proses hidrolisis juga berfungsi sebagai langkah pemurnian. GeO₂ murni dikeringkan dan dikalsinasi, kemudian direduksi dengan hidrogen pada suhu 650–680°C dalam tabung kuarsa di dalam tungku reduksi untuk mendapatkan germanium logam. Germanium kemurnian ultra-tinggi untuk industri semikonduktor (dengan pengotor di bawah 1/10¹⁰) dapat diperoleh menggunakan teknologi pemurnian zona.

Reaksi Kunci

$$4\text{HCl}+{\text{GeO}}^2\to {\text{GeCl}}^4+2{\text{H}}^2\text{O}$$$${\text{GeCl}}^4+(n+2){\text{H}}^2\text{O}\to {\text{GeO}}^2\cdot n{\text{H}}^2\text{O}+4\text{HCl}$$$${\text{GeO}}^2+2{\text{H}}^2\to \text{Ge}+2{\text{H}}^2\text{O}$$