鎵、鍺作為半導體材料有什么用途？

眾所周知，鎵、鍺是半導體應用中非常重要的材料。

鎵(Gallium)

鎵(Gallium)是戰略性礦產家族成員之一。它是灰藍色或銀白色的金屬，原子序數為31，元素符號Ga，原子量69.723。鎵的熔點很低，但沸點很高。純液態鎵有顯著的過冷的趨勢，在空氣中易氧化，形成氧化膜。

鎵的原子結構包括31個質子和電子，以及相應數量的中子。在化學反應中，鎵原子通常以三價態存在，即失去了三個電子形成Ga3+離子。

鎵的工業用途

制造半導體氮化鎵、砷化鎵、磷化鎵、鍺半導體摻雜元;純鎵及低熔合金可作核反應的熱交換介質;高溫溫度計的填充料;有機反應中作二酯化的催化劑。

鎵的工業應用還很原始，盡管它獨特的性能可能會應用于很多方面。液態鎵的寬溫度范圍以及它很低的蒸汽壓使它可以用于高溫溫度計和高溫壓力計。鎵化合物，尤其是砷化鎵在電子工業已經引起了越來越多的注意。目前沒有能利用的精確的世界鎵產量數據，但是臨近地區的產量只有20噸/年。

鎵的使用領域

半導體產業：鎵在半導體行業中扮演著重要的角色。它被用于制造高速電子器件、光電器件和太陽能電池。鎵基半導體材料，如鎵砷化物(GaAs)和氮化鎵(GaN)，具有優異的電學性能和高溫特性，適用于高頻電子器件和高功率電子器件的制造。

LED照明：鎵化合物被廣泛用于制造LED(發光二極管)。鎵基LED具有高效能、長壽命、節能等優點，在室內和室外照明、電子顯示器和汽車照明等領域得到廣泛應用。 合金制備：鎵可以與其他金屬形成合金，提高其特性和性能。例如，鎵合金用于制備低熔點合金，如鎵銦合金(常用于溫度計)和鎵鉍合金(常用于火警裝置)。

鍺(Germanium)

鍺、錫和鉛在元素周期表中是同屬一族. 鍺(Germanium)是一種化學元素，元素符號Ge，原子序數32，原子量72.64，在化學元素周期表中位于第4周期、第IVA族。鍺單質是一種灰白色準金屬，有光澤，質硬，屬于碳族，化學性質與同族的錫與硅相近，不溶于水、鹽酸、稀苛性堿溶液，溶于王水、濃硝酸或硫酸，具有兩性，故溶于熔融的堿、過氧化堿、堿金屬硝酸鹽或碳酸鹽，在空氣中較穩定。

鍺的原子結構包括32個質子和電子，以及相應數量的中子。在化學反應中，鍺原子通常以四價態存在，即共享或失去了四個電子形成Ge4+離子。

鍺的工業用途

鍺具備多方面的特殊性質，在半導體、航空航天測控、核物理探測、光纖通訊、紅外光學、太陽能電池、化學催化劑、生物醫學等領域都有廣泛而重要的應用，是一種重要的戰略資源。在電子工業中，在合金預處理中，在光學工業上，還可以作為催化劑。

高純度的鍺是半導體材料。從高純度的氧化鍺還原，再經熔煉可提取而得。摻有微量特定雜質的鍺單晶，可用于制各種晶體管、整流器及其他器件。鍺的化合物用于制造熒光板及各種高折光率的玻璃。

鍺單晶可作晶體管，是第一代晶體管材料。鍺材用于輻射探測器及熱電材料。高純鍺單晶具有高的折射系數，對紅外線透明，不透過可見光和紫外線，可作專透紅外光的鍺窗、棱鏡或透鏡。

20世紀初，鍺單質曾用于治療貧血，之后成為最早應用的半導體元素。單質鍺的折射系數很高，只對紅外光透明，而對可見光和紫外光不透明，所以紅外夜視儀等軍用觀察儀采用純鍺制作透鏡。鍺和鈮的化合物是超導材料。二氧化鍺是聚合反應的催化劑，含二氧化鍺的玻璃有較高的折射率和色散性能，可作廣角照相機和顯微鏡鏡頭，三氯化鍺還是新型光纖材料添加劑。

據數據顯示，2013年以來光纖通信行業的發展、紅外光學在軍用、民用領域的應用不斷擴大，太陽能電池在空間的使用，地面聚光高效率太陽能電站推廣，使得全球對鍺的需求量在持續穩定的增長。

21世紀初期，全球光纖網絡市場尤其是北美和日本光纖市場的復蘇拉動了光纖市場的快速增長。全球光纖需求年增長率已經超過了20%。

鍺的使用領域

半導體產業：鍺在半導體行業中是一種重要的材料。它被用于制造高速電子器件和光電器件，如高純度鍺晶片用于太陽能電池和紅外探測器的制造。

光纖通信：鍺光纖是一種用于光纖通信的重要材料。它具有較高的折射率和透明度，可用于制造高速通信中的光纖和光纖放大器。

光學應用：由于鍺對紅外輻射的透過性，它被廣泛應用于紅外光學系統和紅外成像技術。鍺透鏡和鍺窗口用于紅外傳感器、熱成像儀和紅外激光系統等領域。

化學催化劑：鍺化合物常用作催化劑，在化學工業中具有重要的應用。鍺催化劑可以促進化學反應的進行，并用于生產聚合物、制備有機化合物等。鎵和鍺作為稀有金屬元素，在高科技領域、電子行業、能源產業等方面扮演著重要的角色。隨著科技的不斷進步，對這兩種元素的需求也在不斷增長。

審核編輯：劉清