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不可或少,硅锗的出现——通常用其化学符号 SiGe 缩写,发音为“sig-ē”——尤其值得注意,它不是一个错误的结果,而是两个错误的结果。在纠正这些错误的过程中,IBM 的 Bernard Meyerson 博士为手机、全球定位系统 (GPS) 设备、无线宽带互联网 (WiFi) 和移动电视等无线产品的爆炸式发展奠定了基础。
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第一步提到锗是一种化学元素,符号为Ge,原子序数为 32。它是碳组中的一种有光泽、坚硬、灰白色的准金属,化学性质类似于其邻组锡和硅。孤立的元素是半导体,其外观与元素硅最相似。像硅一样,锗自然会与自然界中的氧发生反应和络合。与硅不同,它的反应性太强,无法在地球上以自由(天然)状态自然发现。
锗在化学史上的发现相对较晚,因为很少有矿物含有高浓度的锗。锗在地壳中元素的相对丰度中排名接近第 50 位。1869 年,德米特里·门捷列夫根据其在元素周期表上的位置预测了它的存在及其一些性质,并将元素称为eka-silicon。将近二十年后的 1886 年,克莱门斯·温克勒发现实验观察结果与门捷列夫的预测相符,并以他的国家德国的名字命名了该元素。今天,锗主要从闪锌矿(主要锌矿石)中开采,尽管锗也从银、铅和铜矿石中商业回收。
锗“金属”(孤立的锗)在晶体管和各种其他电子设备中用作半导体。从历史上看,最初几十年的半导体电子产品完全基于锗,尽管如今用于此类用途的锗产量仅为已在很大程度上取代它的超高纯度硅的一小部分 (2%)。锗目前的主要最终用途是光纤系统和红外光学。它用于太阳能电池应用。锗化合物用于聚合催化剂。锗正在纳米线中找到新的用途。锗形成大量有机金属化合物,例如四乙基锗烷,可用于化学。
锗不被认为是任何生物体的基本元素。一些络合的有机锗化合物正在作为可能的药物进行研究,但没有一个取得成功。与硅和铝相似,天然锗化合物往往不溶于水,几乎没有口服毒性。然而,合成的可溶性锗盐具有肾毒性,而合成的具有卤素和氢的化学反应性锗化合物是刺激物和毒素。
第二步因为没真真正正的锗矿,全部加工过程一直分成2个流程:生产制造锗钛精矿和生产制造锗。2个主要来源是锌铁矿石和煤碳。来源于第一个是根据冰法冶金工业或化学工艺加工工艺高浓锗。最常见的加工工艺是冰法冶金工业加工工艺。锗以GeO或GeS的方式蒸发。从煤中,锗以GeO的方式蒸发并聚集在飞灰中。在这几种加工工艺中,Ge的浓度值都超过了1%到6%。今日的另一个关键由来是来源于光纤线领域的Ge的回收再利用,比如清洗器水溶液和夹层玻璃废弃物。除夹层玻璃废弃物外,这种商品能直接钛酸异丙酯,但回收率低。不言而喻的过程是冰法冶金工业。
最末硅和锗是晶体管技术和微型电子工业的基石。纯硅和锗是电的不良导体,因为它们的外层电子被束缚在类金刚石框架的共价键中。金刚石是绝缘体,因为要提供足够的能量来拉动共价键电子并让它们通过晶体导电并不容易。释放硅中的电子所需的能量更少,锗所需的能量更少。这些原子更大,它们的电子保持得不那么紧密。它们不是金属意义上的导体,而是半导体。在低电压下,它们是绝缘体,但如果施加的电压足够高,它们就会开始导电。金属的电导率随着温度的升高而降低,因为原子的振动使电子的通过变得更加困难。这种效应在半导体中被更多的电子所掩盖,这些电子在较高温度下从键中“摇散”;因此,随着温度的升高,半导体成为更好的导体。
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