锗与硅 做半导体材料 各自的优缺点

先说说硅：作为现在最广泛应用的半导体材料,它的优点是多方面的. 1）硅的地球储量很大,所以原料成本低廉. 2）硅的提纯工艺历经60年的发展,已经达到目前人类的最高水平. 3）Si/SiO2 的界面可以通过氧化获得,非常完美.通过后退火工艺可以获得极其完美的界面. 4）关于硅的掺杂和扩散工艺,研究得十分广泛,前期经验很多. 不足：硅本身的电子和空穴迁移速度在未来很难满足更高性能半导体器件的需求.氧化硅由于介电常数较低,当器件微小化以后,将面临介电材料击穿的困境,寻找替代介电材料是当务之急.硅属于间接带隙半导体,光发射效率不高. ------------------------------------ 锗：作为最早被研究的半导体材料,带给我们两个诺贝尔奖,第一个transistor和第一个IC.锗的优点是： 1）空穴迁移率最大,是硅的四倍；电子迁移率是硅的两倍. 2）禁带宽度比较小,有利于发展低电压器件. 3）施主/受主的激活温度远低于硅,有利于节省热预算. 4）小的波尔激子半径,有助于提高它的场发射特性. 5）小的禁带宽度,有助于组合介电材料,降低漏电流. 缺点也比较明显：锗属于较为活泼的材料,它和介电材料的界面容易发生氧化还原反应,生成GeO,产生较多缺陷,进而影响材料的性能；锗由于储量较少,所以直接使用锗作衬底是不合适的,因此必须通过GeOI（绝缘体上锗）技术,来发展未来器件.该技术存在一定难度,但是通过借鉴研究硅材料获得的经验,相信会在不久的将来克服.

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（1）①锗最外层有4个电子，所以其最高价为+4，锗的最高价氧化物为GeO 2 ，与HCl（aq）发生复分解反应，生成的氯化物应为GeCl 4 和H 2 O，反应方程式为：GeO 2 +4HCl═GeCl 4 +2H 2 O． 故答案为：GeO 2 +4HCl═GeCl 4 +2H 2 O． ②GeCl 4 水解反应：GeCl 4 +4H 2 O Ge（OH） 4 +4HCl（正反应吸热），生成原锗酸H 4 GeO 4 与HCl，原锗酸H 4 GeO 4 失水变为锗酸H 2 GeO 3 ，反应方程式为GeCl 4 +4H 2 O═H 4 GeO 4 +4HCl、H 4 GeO 4 ═H 2 GeO 3 +H 2 O（或GeCl 4 +3H 2 O═H 2 GeO 3 +4HCl ） 故答案为：GeCl 4 +4H 2 O═H 4 GeO 4 +4HCl、H 4 GeO 4 ═H 2 GeO 3 +H 2 O（或GeCl 4 +3H 2 O═H 2 GeO 3 +4HCl ）． ③GeCl 4 水解反应：GeCl 4 +4H 2 O Ge（OH） 4 +4HCl（正反应吸热），生成原锗酸H 4 GeO 4 与HCl，加热平衡向右移动，HCl逸出，且水分不断蒸发，原锗酸H 4 GeO 4 失水变为锗酸H 2 GeO 3 ，H 4 GeO 4 失水变为锗酸H 2 GeO 3 ，锗酸受热分解为GeO 2 ． 锗酸受热分解为GeO 2 与水，反应方程式为H 2 GeO 3    △  .   GeO 2 +H 2 O． 故答案为：H 2 GeO 3    △  .   GeO 2 +H 2 O． ④GeO 2 与H 2 发生氧化还原反应，H 2 夺去GeO 2 中的O生成H 2 O，Ge被还原出来．反应方程式为GeO 2 +2H 2  △  .   Ge+2H 2 O． 故答案为：GeO 2 +2H 2  △  .   Ge+2H 2 O． （2）前三步的主要作用是分离、提纯和富集锗的氧化物． 第②步中产生的盐酸可以循环到第①步中使用，①③④中产生的水也可以循环到第②步使用． 故答案为：前三步的主要作用是分离、提纯和富集锗的氧化物． 第②步中产生的盐酸可以循环到第①步中使用，①③④中产生的水也可以循环到第②步使用．

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