定義與分類:鍺錠是一種以鍺為主要成分的金屬錠。常見的有區(qū)熔鍺錠,是指用區(qū)熔方法提純得到的鍺錠,合格產(chǎn)品純度在 99.9999% 以上。
移動速度過快的影響
雜質(zhì)偏析不徹底,純度不達(dá)標(biāo):快速移動時,熔區(qū)向前推進(jìn)速度超過雜質(zhì)在液相中的擴(kuò)散速度,雜質(zhì)無法及時隨熔區(qū)向尾料遷移,會被 “截留” 在結(jié)晶的固相鍺中,導(dǎo)致鍺錠主體純度下降,無法達(dá)到 6N 及以上的目標(biāo)純度要求。
晶體生長不穩(wěn)定,易形成柱狀晶或枝晶:過快的移動速度會使固 - 液界面變得陡峭,晶體生長方向紊亂,容易形成柱狀晶或枝晶結(jié)構(gòu),破壞晶體的完整性,后續(xù)加工時鍺錠易脆斷。
熔區(qū)形態(tài)不穩(wěn)定:速度過快可能導(dǎo)致熔區(qū)拉長、變形,甚至出現(xiàn) “斷熔” 現(xiàn)象,造成局部未熔或過熔,影響整根鍺錠的提純均勻性。
半導(dǎo)體與電子領(lǐng)域:6N 以上區(qū)熔鍺錠是制備鍺單晶的核心原料,進(jìn)一步加工為鍺晶圓,用于制造高速晶體管、光電探測器、紅外傳感器等,廣泛應(yīng)用于航天、軍工、5G 通信等高端場景。?
紅外光學(xué)領(lǐng)域:高純度鍺錠經(jīng)切片、拋光后,制成紅外光學(xué)鏡片、窗口材料,具有優(yōu)異的紅外透過率(2~14μm 波段透過率≥40%),用于紅外熱像儀、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感設(shè)備。?
光纖通信領(lǐng)域:鍺錠加工為鍺粉或 GeCl?,作為光纖芯層的摻雜劑,可提升光纖的折射率和傳輸性能,是通信光纖的關(guān)鍵原料之一。?
其他應(yīng)用:低純度鍺錠用于生產(chǎn)鍺合金(如鍺銅、鍺鋁合金),提升材料的強(qiáng)度和耐腐蝕性;高純鍺錠還用于核輻射探測器、半導(dǎo)體摻雜靶材等特種場景。
行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢?
資源與產(chǎn)能:鍺為稀缺分散元素,全球探明儲量約 8600 噸,中國儲量占比 41%,是全球的鍺生產(chǎn)國(2023 年產(chǎn)能約 105 噸,占全球 70%),主要產(chǎn)區(qū)集中在云南、貴州、四川等地。?
市場需求:隨著紅外探測、5G 通信、半導(dǎo)體芯片等行業(yè)的發(fā)展,高純度區(qū)熔鍺錠需求持續(xù)增長,尤其是 8N 級以上超高純鍺錠,市場缺口逐漸擴(kuò)大。?
技術(shù)趨勢:未來將聚焦于 “提升純度 + 降低成本”,如開發(fā)多場耦合區(qū)熔技術(shù)(電磁 + 溫度梯度)、優(yōu)化熔區(qū)參數(shù)控制算法,實現(xiàn) 9N 級鍺錠的規(guī)模化生產(chǎn);同時,鍺資源的回收利用(如從廢舊光纖、半導(dǎo)體器件中回收鍺)將成為重要發(fā)展方向,緩解資源短缺壓力。

