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[拼音]：zhe
[英文]：germanium
元素符號Ge，銀灰色脆性金屬，也有人將鍺歸入半金屬，光澤美麗。在元素週期表中屬ⅣA族，原子序數32，原子量72.59，金剛石型點陣，常見化合價為+4。鍺是電晶體中首先使用的半導體材料，對固體物理和固體電子學的發展起過重要作用。
1871年俄國人門捷列夫(Д.И.Μенделеев)根據週期律預言自然界存在一種厚子量為72的化學元素，性質和矽相似，稱之為“類矽”。1886年德國人溫克勒（C.A.Winkler）在分析硫銀鍺礦時發現和分離出這個元素，並以他的祖國Germany命名。
資源
鍺礦物主要有硫銀鍺礦（4Ag2S·GeS2），含鍺6～7％；黑硫銀錫礦[4Ag2S＋(Sn，Ge)S2]，含鍺1.8％；鍺石（3Cu2S·FeS·2GeS2），含鍺8～9％；硫鍺鐵銅礦(Cu，Fe)3(Fe，Ge，Zn，Sn)(S，As)4，含鍺7.8％；但都很稀少。鍺通常以伴生狀態存在於閃鋅礦、某些鐵礦及其他硫化礦物中。閃鋅礦含鍺量約為 0.01～0.1％。各種煤含鍺在0.001～0.1％之間，低灰分煤（亮煤）中含鍺較多。
鍺是鋅電解時最有害的雜質之一，當電解液中含鍺超過 0.1毫克／升時，必須將鍺除去。現代工業生產的鍺主要是銅、鉛、鋅冶煉的副產品（見重金屬冶金資源的綜合回收）。
70年代末世界上每年生產的鍺約110噸(不包括廢鍺回收)。1980年美國市場本徵鍺的價格約為784美元／公斤。二氧化鍺為487美元／公斤。
中國於1959年開始從含鍺的氧化鉛鋅礦、閃鋅礦和煤灰中回收鍺，並進行工業生產。
性質和用途
鍺具有半導體性質。在高純金屬鍺中摻入三價元素如銦、鎵、硼等，得到p型鍺；摻入五價元素如銻、砷、磷等，得到n型鍺。鍺的禁頻寬度 (300K)0.67電子伏，本徵電阻率(27℃)47歐姆·釐米，電子遷移率3900±100釐米2/（伏·秒），空穴遷移率1900±50釐米2/（伏·秒），電子擴散係數100釐米2/秒，空穴擴散係數48.7釐米2/秒。
鍺在電子工業中的用途，已逐漸被矽代替。但由於鍺的電子和空穴遷移率較矽高，在高速開關電路方面，鍺比矽的效能好。鍺在紅外器件、γ輻射探測器方面，有新的用途。金屬鍺能通過 2～15微米的紅外線，又和玻璃一樣易被拋光，能有效地抵制大氣的腐蝕，可用以製造紅外視窗、三稜鏡和紅外光學透鏡材料。鍺酸鉍用於閃爍體輻射探測器。鍺還同鈮形成化合物，用作超導材料。二氧化鍺是聚合反應的催化劑。用二氧化鍺製造的玻璃有較高的折射率和色散效能，可用於廣角照相機和顯微鏡鏡頭；GeO2－TiO2－P2O5型別的玻璃有良好的紅外效能，在空間技術上，可用來保護超靈敏的紅外探測器。
富集回收
鍺的製取第一步是從重有色金屬冶煉過程回收鍺的富集物。以煉鋅為例:在火法煉鋅過程中，鋅精礦首先經過氧化焙燒，然後加入還原劑和氯入鈉，在燒結機上燒結焙燒，鍺以氯化物或氧化物形態揮發進入煙塵。如不採用氯化燒結措施，鍺將富集於最後鋅蒸餾的殘留物中（見氯化冶金）。在溼法煉鋅過程中，如鋅精礦含鍺不高時，大部分鍺在硫酸浸出渣中，小部分鍺進入溶液。在鋅溶液淨化過程中，由於鍺的親鐵性質，氫氧化鐵沉澱時吸附鍺，鍺進入鐵渣。鋅溶液用鋅粉置換鎘時，殘留的鍺和鎘同時為鋅粉所置換。如將浸出渣熔化，然後用煙化爐揮發鉛、鋅，則鍺以一氧化鍺狀態揮發，富集於煙塵中。煙化爐可用來處理含鍺的氧化鉛、鋅礦。將氧化礦在鼓風爐內熔鍊，再用煙化爐處理爐渣揮發鍺，揮發率大於90％。現代煉鋅多用溼法，在處理含鍺較高的硫化鋅精礦（含鍺100～150克／噸）時，首先使鍺富集於浸出渣中，用煙化爐處理，煙塵含鍺0.1％，用酸浸出，溶液淨化後，加丹寧（C76H52O46）沉澱，沉澱物中含鍺3～5％；經烘乾、煅燒，得到含鍺15～20％的鍺灰，作為提鍺原料。
高純鍺單晶的製備
首先將富集物用濃鹽酸氯化，製取四氯化鍺，再用鹽酸溶劑萃取法除去主要的雜質砷，然後經石英塔兩次精餾提純，四氯化鍺(GeCl4)的含砷量可降至1ppm以下，再經高純鹽酸洗滌，可得高純四氯化鍺。用高純水使四氯化鍺水解，得高純二氧化鍺(GeO2)。一些雜質會進入水解母液，所以水解過程也是提純過程。純二氧化鍺經烘乾煅燒，在還原爐的石英管內用氫氣於650～680℃還原得到金屬鍺。還原終結時可逐漸升溫至1000～1100℃，使鍺熔化，將石墨舟從還原爐中緩緩拉出，控制溫度，把雜質驅至尾端，這種方法稱為定向結晶法。切去鍺錠的尾端，其餘部分的純度大大提高，電阻率可達20歐姆·釐米以上（見晶體培育）。
半導體器件所需的鍺，純度通常以電阻率表示，規定在20℃時在錠底部表面測出的電阻率應為30～50歐姆·釐米，其雜質總含量為10-8～10-9％，必須採用區域熔鍊提純法進一步提純。
鍺單晶的製備方法有兩種：一種是直拉法，另一種是區熔勻平法。
（1）直拉法是將鍺錠置於坩堝中熔化，然後用一固定在拉桿上的鍺晶體作籽晶，垂直浸入溫度略高於熔點的熔融鍺中，以一定的速度從熔體向上拉出，熔融鍺便按籽晶的結晶方向凝固。通過控制拉速、坩堝和籽晶轉速等措施，以及自動控制爐溫和單晶直徑等技術，可以製成n型電阻率為 0.003～40歐姆·釐米、p型電阻率為0.002～40歐姆·釐米、位錯密度為500～3000釐米-2、直徑為 20～300毫米的鍺單晶。
（2）區熔勻平法所用的爐子為水平式石英管加熱爐，能生產電阻率均勻的鍺單晶，電阻率的徑向均勻度為±3％，縱向均勻度為±7％，位錯密度為103釐米-2，單晶截面為5～12釐米2。
紅外器件所用鍺單晶為n型，電阻率5～40歐姆·釐米，單晶直徑可達300毫米，多晶直徑可達600毫米。探測器級鍺單晶用於製作鋰漂移探測器和高純鍺探測器。後者要求鍺單晶的淨雜質含量更低（＜1010原子／釐米3）。鍺單晶的效能用型號、電阻率均勻性、位錯密度、少數載流子壽命和載流子濃度等指標來表示。
廢鍺回收
從鍺加工廢料中回收鍺很重要。自冶煉到製成鍺電晶體整個過程，特別是區熔提純、拉制單晶、切片、磨片和拋光鍺片的加工過程中，會產生大量的含鍺廢料。這些廢料的含鍺量為：切割粉60～70％，碎片80～90％，濾紙20％，腐蝕液2～10％。從廢料中回收鍺的方法很多，主要有：
（1）用氯氣在石英容器內使鍺氯化成四氯化鍺，然後蒸餾回收；
（2）用新鮮的NaOCl於80℃處理鍺殘渣，生成鍺酸鈉(Na2GeO3)，然後加入氫氧化銨，生成鍺的沉澱物(Na2O)x(NH4)yGe2O3，回到四氯化鍺生產流程。在處理含氫氟酸的腐蝕液時，加入氫氧化銨，可生成氟化銨和鍺酸銨(NH4)xGe2O3沉澱。在四氯化鍺水解過程中產生的水解液和洗滌液中含有少量(約6～7克/升)的鍺，回收的方法是用硫酸鎂和氫氧化銨使鍺沉澱為正鍺酸鎂（見超純金屬）。
參考書目
C.A.Hampel ed.， Rare Metals Handboo噚， 2nd ed.，Reinhold， New York， 1961.
沈華生：《稀散金屬冶金學》，上海人民出版社，上海，1976。