PAM-XIAMEN, ein führender Hersteller von Germaniumbarren, bietet Germanium (Ge)-Kristalle zum Verkauf an. Aufgrund seiner Ressourcenknappheit, seiner hervorragenden optischen und physikalischen Eigenschaften wird Germaniummaterial in Hightech-Bereichen wie Faseroptiksystemen, Infrarotoptiksystemen, Elektronik- und Solaranwendungen, Detektoren weit verbreitet eingesetzt und ist ein wichtiges Funktionsmaterial und Strukturmaterial erforderlich nach strategischen Branchen. In Bezug auf den Ge-Kristall werden die zwei Hauptmethoden für die Züchtung von Germaniumkristallen, die wir angewendet haben, kurz vorgestellt: Czochralski (CZ) und Vertical Gradient Freeze (VGF). Je nach Eigenschaften des Germaniumkristalls haben Germaniumkristalle unterschiedliche Anwendungen. Infrarot optischer Ge-Einkristall uhochreiner Ge-Einkristallwerden in diesem Artikel analysiert.
1. Parameter des Germaniumkristalls
Artikel 1: PAM170113-GE
| Artikel | Germaniumkristall |
| Growth-Methode | CZ |
| Durchmesser | 40 mm |
| Länge | 40-50cm |
| Typ | N-Typ / Undotiert |
| Der spezifische Widerstand | > 50 Ohm-cm |
Artikel 2: PAM170628-GE
| Artikel | 4-Zoll-Ge-Einkristall |
| Größe | 100,5 +/- 0,3mm |
| Länge | ≥ 200 mm |
| Orientierung | (111) +/- 2 Grad |
| Der spezifische Widerstand | > 40 Ohm-cm |
| Dotierstoff | undotierte |
| Primäre Wohnung | Keiner |
Artikel 3: PAM190423-GE
| Artikel | Germaniumbarren |
| Durchmesser | 6” |
| Dicke | 75mm |
| Orientierung | (100) +/- 1 Grad |
| Typ | P-Typ/Ga-dotiert |
Artikel 4: PAM210203-GE
| Artikel | Germanium-Kristall in optischer Qualität |
| Länge | 33 +/-0,3mm |
| Kristallorientierung | (100) |
| Der spezifische Widerstand | > 30 Ohm-cm |
| Oberfläche | Doppelseitig poliert |
| Primäre Wohnung | Keiner |
2. Züchtungsverfahren für Germanium-Einkristalle
Üblicherweise verwendete Herstellungsverfahren für Germanium-Einkristalle umfassen hauptsächlich das Czochralski-Verfahren und das Bridgman-Verfahren (Bridgman). Letzteres umfasst Horizontal Bridgman (HB), Vertical Bridgman (VB) und Vertical Gradient Freeze (VGF). Andere Züchtungsverfahren schließen Wärmeaustausch, orientiertes Kristallisationsverfahren usw. ein. Gegenwärtig werden das Czochralski-Verfahren und das Vertikalgradienten-Verfestigungsverfahren weltweit weit verbreitet verwendet.
Sowohl das Czochralski-Verfahren als auch das Erstarrungsverfahren mit vertikalem Gradienten verwenden in einer 6N-Zone geschmolzene Germaniumbarren als Rohmaterialien, und das Wachstum von Germanium-Einkristallen wird mit verschiedenen Spurenmetallelementen für unterschiedliche Verwendungen dotiert. Die aktuelle Ausrüstung zur Züchtung von Germanium-Einkristallen übernimmt die Herstellungstechnologie von Ausrüstungen zur Züchtung von Silizium-Einkristallen. Die Wachstumsausrüstung wird gemäß den spezifischen Anforderungen des thermischen Wachstumsfelds, der Materialeigenschaften und der Größe des Germanium-Einkristalls modifiziert.
Kristallstruktur von Germanium (Ge).
2.1 CZ-Verfahren zur Germanium-Kristallzüchtung
Das Czochralski-Verfahren umfasst hauptsächlich die Prozesse des Säens, Einschnürens, Schultersetzens, Schulterdrehens, des gleichen Durchmessers und des Schlichtens. Befindet sich der Impfkristall über der Schmelze, suchen Sie zunächst einen geeigneten Temperaturpunkt und tauchen Sie den Impfkristall in den zonengeschmolzenen Single einKristall-Germanium-Barren schmelzen, um eine ungleichmäßige Keimbildung zu bilden. Die ungleichmäßige Keimbildung ist vorteilhaft, um den kritischen Unterkühlungsgrad zu verringern und die Keimbildungsrate stark zu erhöhen. Durch das entworfene Wärmefeld werden die Längs- und Radialtemperaturverteilung effektiv gesteuert, und dann wird der Impfkristall gedreht und mit einer bestimmten Geschwindigkeit hochgezogen, und der neu erstarrte Kristall wächst langsam zu einem Einkristall auf dem Impfkristall.
Der Schlüssel zum Züchten von Germaniumkristallen nach dem Czochralski-Verfahren besteht darin, den Einkristallofen mit einem angemessenen Wärmefeldsystem auszustatten. Eine bessere thermische Feldverteilung sollte ermöglichen, dass der longitudinale Temperaturgradient so groß wie möglich ist, um eine ausreichende Leistung für das Germanium-Kristallwachstum sicherzustellen, ohne zu groß zu sein, wodurch Metakristalle vermieden werden. Der radiale Temperaturgradient geht so weit wie möglich gegen Null, um die Stabilität der kristallinen Grenzfläche sicherzustellen. Außerdem sind die Ausrüstung und Technologie des Czochralski-Verfahrens zum Züchten von Einkristallen relativ einfach. Das CZ-Verfahren ist eine einfach zu realisierende automatische Steuerung, eine hohe Produktionseffizienz und ein einfaches Ziehen von Einkristallen mit größeren Durchmessern, wodurch die Verunreinigungskonzentration in den Einkristallen besser gesteuert werden kann, um die Anforderungen verschiedener Anwendungen zu erfüllen.
2.2 Ge-Einkristall, gezüchtet durch das VGF-Verfahren
Das vertikale Gradientenerstarrungsgesetz ist genau umgekehrt, der Impfkristall befindet sich unterhalb der Schmelze.
Zuerst wird das zonengeschmolzene Germanium vom Barrentyp gebrochen, die Oberfläche wird chemisch behandelt, gereinigt und getrocknet und in einen Tiegel gegeben (im Gegensatz zum Graphittiegel des Czochralski-Verfahrens wird im Allgemeinen ein Bornitridtiegel verwendet) und dann vakuumeingekapselt ein Quarzrohr. Das gekapselte Quarzrohr wird gemäß den technischen Anforderungen in den Germanium-Einkristallofen eingebracht.
Entwerfen Sie dann die Längs- und Radialtemperaturgradienten des thermischen Felds des VGF-Ofens mit geringem Versetzungswachstum. Gemäß den ausgewählten technischen Parametern wird die Steuertechnologie der Computerprogrammgruppe programmiert, um das allmähliche Erhitzen und Schmelzen der zonengeschmolzenen Germaniumkugel und das Wachstum des Impfkristalls zu realisieren. Die eingestellte Ziehgeschwindigkeit dient zur Steuerung der langsamen Abwärtsbewegung des Quarzrohres und der Fest-Flüssig-BearbeitungGrenzfläche wird präzise gekühlt, um die Form und Wachstumsrate der Kristallgrenzfläche zu steuern. Schließlich wird das Kristallglühverfahren mit geschlossener Röhre verwendet, um einen Germanium-Einkristall mit hoher Gleichmäßigkeit und geringer Spannung zu erhalten.
Obwohl das Erstarrungsverfahren mit vertikalem Gradienten eine langsame Wachstumsrate und einen geringen Wirkungsgrad hat, sind die Versetzungen des Germaniumkristalls gering.
3. Germanium-Einkristallmaterial
3.1 Verwendung von Germaniumkristallen in der Infrarotoptik
Germanium-Einkristall für die Infrarotoptik ist eines der am häufigsten verwendeten infrarotoptischen Materialien der Welt, das üblicherweise nach dem Czochralski-Verfahren hergestellt wird.
Darüber hinaus führt die kontinuierliche Weiterentwicklung und Reife von Infrarotprodukt-bezogenen Technologien zu niedrigeren Produktionskosten, wodurch die Anwendung von Infrarot-Ge-Produkten in dercommercial field has become more and more extensive, and its growth rate is much higher. Now the more mature applications are mainly in the prevention and detection of the electric power industry. With the rapid development and popularization of Wärmebildkameras in den Bereichen Brandschutz, Ingenieurbau, Sicherheit, Waldbrandprävention und Bordsysteme hat der Infrarotmarkt für Germanium-Einkristalleriesiges Potenzial.
3.2 Herausforderungen für die Infrarot-Germanium-Einkristallzüchtung
In diesem Stadium ist das Infrarot-Germanium-Kristallzüchten durch die Züchtungsausrüstung und -technologie begrenzt. Es ist normalerweise schwierig, Germanium-Einkristalle mit größeren Durchmessern zu züchten. Das globale Wachstumsniveau liegt grundsätzlich zwischen φ300 und 400 mm. Um die besonderen Anforderungen von luft- und schiffsgestützten Germaniumfenstern mit einem Durchmesser von mehr als 500 mm zu erfüllen, wurde das Konzept des Quasi-Einkristalls in der Siliziumindustrie in die Germaniumindustrie eingeführt. Quasi-Einkristalle umfassen hauptsächlich keimloses Barrengießen und Impfbarrengießen. Wie die Quasi-Einkristall-Technologie zu definieren ist, hat sich jedoch noch nicht geeinigt, und es gibt keinen Konsens und keinen einheitlichen Standard in der Industrie. Diese Technologie ist ein großer Test für die F&E-, Design- und Verarbeitungskapazitäten für Halbleiter-Wafer-Labore.
3.3 Hochreine Germanium-Einkristallanwendungen
Due to the special performance of the high-purity germanium crystal detector, it has not only become the first choice for experimental research in nuclear physics, particle physics, and astrophysics, but also has been gradually applied to many fields such as nuclear industry, medicine, customs inspection and so on.
3.4 Hohe Anforderungen an HP Ge Crystal
Hochreines Germanium-Einkristallmaterial ist mit einer Reinheit von 13N das hochwertigste Germaniumprodukt der Welt und das Kernmaterial für die Herstellung von hochreinen Germanium-Kristalldetektoren (HPGe). Um den Anforderungen des Detektors gerecht zu werden, müssen die Materialeigenschaften des Germanium-Einkristalls gewährleistet sein. Daher ist der Züchtungs- und Herstellungsprozess des Germanium-Einkristalls extrem schwierig.
Für die Kristallzüchtung von hochreinem Germanium werden die Germanium-Rohmaterialien durch Zonenschmelzen gereinigt, und dann werden die elektrischen Eigenschaften durch das Van-der-Pauw-Hall-Messverfahren gemessen. Wenn der Verunreinigungsgrad der zonengeschmolzenen Germaniumkugeln 10 erreicht10～1011cm- 3. Verglichen mit der ursprünglichen Zone geschmolzener Germaniumbarren von 1013 ～1014cm-3, wird sie um 3 Größenordnungen reduziert. Dieses gereinigte zonengeschmolzene Germanium kann verwendet werden, um hochreine Germanium-Einkristalle zu züchten. Nachdem der Kristall gezüchtet ist, werden Röntgenbeugungsanalyse, Van-der-Powell-Messung, photothermische Ionisationsspektroskopie (PTIS) und Versetzungsmessung verwendet, um den gezüchteten Kristall zu charakterisieren. Wenn der Verunreinigungsgrad des Kristalls 10 erreicht9～1010 cm-3und die Versetzungsdichte liegt zwischen 102～104cm-2, es kann verwendet werden, um einen Detektor herzustellen. Daher ist es bei der Herstellung von hochreinen Germanium-Einkristallen unerlässlich, die gezüchteten Kristalle zu charakterisieren.
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