Black Lump Germanium Ge Yarım iletken malzemesi ve optik için Germanium oksit sentezi

Germanyum (Ge): Yarı İletken Malzeme ve Optik Uygulamalar için Germanyum Oksit Sentezi

Germanyum (Ge), periyodik tablonun 4. periyodunun IVA Grubu'nda bulunan, atom numarası 32 ve atom ağırlığı 72.64 olan bir kimyasal elementtir. Parlak, sert, gri-beyaz bir metaloid olup, silisyum ve kalaya benzer özelliklere sahiptir. Germanyum, suda, seyreltik HCl'de ve zayıf alkalilerde çözünmez, ancak kral suyunda, konsantre HNO₃'te veya H₂SO₄'te çözünür. Amfoterik davranış sergileyerek, erimiş alkalilerde, peroksitlerde veya alkali metal nitratlarında/karbonatlarında çözünür. Germanyum, normal koşullar altında havada kararlılığını korur.

Uygulamalar

1. Yarı iletken üretimi (transistörler, diyotlar, IR optikleri).
2. Germanyum oksit (GeO₂) üretimi (fiber optikler, fosforlar).

Ürün Serisi

Sağlık ve Güvenlik Bilgileri

Ambalaj Özellikleri

• Standart ambalaj: 50 kg/varil, 500 kg/palet, ton torbalar
• Numune ambalajı: 500 g/torba, 1 kg/şişe

Germanyumun Kimyasal Özellikleri

Germanyum kimyasal olarak kararlıdır ve oda sıcaklığında hava veya su buharı ile reaksiyona girmez, ancak 600–700°C'de hızla germanyum dioksit (GeO₂) oluşturur. Hidroklorik asit veya seyreltik sülfürik asit ile reaksiyona girmez. Sıcak konsantre sülfürik asitte germanyum yavaşça çözünür. Nitrik asit ve kral suyunda kolayca çözünür. Alkali çözeltiler ve germanyum arasındaki reaksiyon zayıftır, ancak havada erimiş alkali germanyumu hızla çözebilir. Germanyum karbon ile reaksiyona girmez, bu nedenle karbon kontaminasyonu olmadan grafit potalarda eritilebilir.

Oksidasyon Davranışı

Germanyum, yüksek sıcaklıklarda oksitlenir ve oldukça uçucu olan GeO oluşumu nedeniyle ağırlık kaybına eşlik eder. Araştırmacılar, germanyum yüzeylerinin oksidasyon sürecini incelemişlerdir: ilk olarak, germanyum, yüzeye bağlı veya adsorbe olmuş oksijeni uzaklaştırmak için 600°C'de CO ile indirgenir. Daha sonra, germanyum, 25–400°C'de 10 kPa oksijen basıncı altında oksitlenerek, sadece 1 dakika içinde ilk oksit tabakasını oluşturur. Sıcaklık 250°C'yi aştığında, ikinci oksit tabakası hızla oluşur. Sıcaklık daha da arttıkça, oksidasyon hızı önemli ölçüde yavaşlar. 400°C'de 3 saat oksitlendikten sonra, 1.75 nm kalınlığında bir GeO₂ filmi oluşur.

Farklı Çözücülerdeki Çözünme Davranışı

Germanyum, çeşitli çözücülerde farklı korozyon ve çözünme davranışları sergiler. N-tipi germanyum, p-tipine göre biraz daha pozitif bir çözünme potansiyeline sahiptir, bu nedenle aynı çözeltide daha hızlı çözünür. Germanyum, sıcak asitlerde, sıcak alkalilerde ve oksitleyicilerle H₂O₂'de kolayca çözünür. Seyreltik sülfürik asit, hidroklorik asit ve soğuk alkali çözeltilerde zayıf çözünürlüğe sahiptir. Germanyum, 100°C'de suda çözünmez, ancak oda sıcaklığında oksijen doygunluğuna sahip suda, çözünme hızı 1 μg/(cm·h)'ye yaklaşır.

Germanyumun Ekstraksiyon Yöntemi

Germanyumun ekstraksiyon yöntemi, germanyum konsantresinin konsantre hidroklorik asit ile klorlanarak germanyum tetraklorür (GeCl₄) üretilmesiyle başlar. Ana safsızlık olan arsenik, daha sonra hidroklorik asit çözücü ekstraksiyonu ile uzaklaştırılır. Daha sonra, ürün bir kuvars sütunda iki kez damıtılır ve yüksek saflıkta GeCl₄ elde etmek için yüksek saflıkta hidroklorik asit ile yıkanır. Yüksek saflıkta su, GeCl₄'ü hidrolize ederek yüksek saflıkta germanyum dioksit (GeO₂) elde etmek için kullanılır. Hidroliz ana liköründe bazı safsızlıklar kalır, bu nedenle hidroliz işlemi aynı zamanda bir saflaştırma adımı olarak da hizmet eder. Saf GeO₂ kurutulur ve kalsine edilir, daha sonra metalik germanyum elde etmek için bir indirgeme fırını içinde bir kuvars tüpte 650–680°C'de hidrojen ile indirgenir. Yarı iletken endüstrisi için ultra yüksek saflıkta germanyum (1/10¹⁰'un altında safsızlıklarla) zon eritme teknolojisi kullanılarak elde edilebilir.

Temel Reaksiyonlar

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