ブラック・ノム ゲルミウム・ゲー半導体材料と光学用ゲルミウム酸化物合成

ゲルマニウム（Ge）：半導体材料と光学用途向け酸化ゲルマニウム合成

ゲルマニウム（Ge）は、原子番号32、原子量72.64の化学元素であり、周期表の第4周期、IVA族に位置しています。光沢があり、硬く、灰白色のメタロイドで、ケイ素やスズと似た性質を持っています。ゲルマニウムは、水、希塩酸、および弱アルカリには不溶ですが、王水、濃硝酸、またはH₂SO₄には溶解します。両性挙動を示し、溶融アルカリ、過酸化物、またはアルカリ金属硝酸塩/炭酸塩に溶解します。ゲルマニウムは、通常の条件下では空気中で安定しています。

用途

1. 半導体製造（トランジスタ、ダイオード、IR光学系）。
2. 酸化ゲルマニウム（GeO₂）の製造（光ファイバー、蛍光体）。

製品シリーズ

健康と安全に関する情報

梱包仕様

• 標準梱包：50 kg/ドラム、500 kg/パレット、トンバッグ
• サンプル梱包：500 g/袋、1 kg/ボトル

ゲルマニウムの化学的性質

ゲルマニウムは化学的に安定しており、室温では空気や水蒸気と反応しませんが、600～700℃で急速に二酸化ゲルマニウム（GeO₂）を形成します。塩酸や希硫酸とは反応しません。熱濃硫酸中では、ゲルマニウムはゆっくりと溶解します。硝酸や王水には容易に溶解します。アルカリ溶液とゲルマニウムの反応は弱いが、空気中の溶融アルカリはゲルマニウムを急速に溶解させることができます。ゲルマニウムは炭素と反応しないため、炭素汚染なしに黒鉛るつぼで溶融できます。

酸化挙動

ゲルマニウムは比較的高い温度で酸化し、揮発性の高いGeOの生成による重量減少を伴います。研究者は、ゲルマニウム表面の酸化プロセスを研究しました。まず、ゲルマニウムは600℃でCOと反応させて表面結合または吸着した酸素を除去します。次に、10 kPaの酸素圧下で25～400℃でゲルマニウムを酸化し、わずか1分以内に最初の酸化層を形成します。温度が250℃を超えると、2番目の酸化層が急速に形成されます。温度がさらに上昇すると、酸化速度は著しく低下します。400℃で3時間酸化した後、1.75 nmの厚さのGeO₂膜が形成されます。

異なる溶媒中の溶解挙動

ゲルマニウムは、さまざまな溶媒中で異なる腐食および溶解挙動を示します。N型ゲルマニウムは、p型よりもわずかに高い溶解電位を持つため、同じ溶液中でより速く溶解します。ゲルマニウムは、熱酸、熱アルカリ、および酸化剤を含むH₂O₂に容易に溶解します。希硫酸、塩酸、および冷アルカリ溶液にはほとんど溶解しません。ゲルマニウムは100℃の水には不溶ですが、室温の酸素飽和水では、その溶解速度は1 μg/(cm・h)に近づきます。

ゲルマニウムの抽出方法

ゲルマニウムの抽出方法は、まず濃塩酸でゲルマニウム濃縮物を塩素化して四塩化ゲルマニウム（GeCl₄）を生成することを含みます。次に、主な不純物であるヒ素を塩酸溶媒抽出によって除去します。次に、製品は石英カラムで2回の蒸留を受け、高純度塩酸で洗浄して高純度GeCl₄を得ます。高純度水を使用してGeCl₄を加水分解し、高純度二酸化ゲルマニウム（GeO₂）を生成します。加水分解母液にはいくつかの不純物が残っているため、加水分解プロセスも精製ステップとして機能します。純粋なGeO₂を乾燥および焼成し、次に還元炉内の石英管内で650～680℃で水素で還元して金属ゲルマニウムを得ます。半導体産業向けの超高純度ゲルマニウム（不純物が1/10¹⁰未満）は、ゾーン精製技術を使用して得ることができます。

主な反応

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