氫化鍺

氫化鍺（Germane），也稱為鍺烷，是一種化學試劑、可用於製取高純度鍺。分子式為GeH4，分子量為76.63。

基本介紹

• 中文名：氫化鍺
• 英文名：Germane
• 別稱：鍺烷
• 化學式：GeH4
• 分子量：76.63
• CAS登錄號：7782-65-2
• EINECS登錄號：231-961-6
• 熔點：-165.9℃
• 沸點：-88.1℃
• 水溶性：難溶於水
• 密度：1.52 g/cm3 (-142℃)
• 外觀：無色氣體
• 套用：製備高純鍺半導體
• 危險性符號：T+, F
• 危險性描述：劇毒, 易燃
• 危險品運輸編號：UN 2192 2/PG 6

理化性質

物理性質

性狀：有毒、易燃和無色的氣體。

氫化鍺

臨界溫度：308 K

臨界壓力：54.8 atm

生成熱：+90.37 kJ/mol

鍵能(Ge—H)：288.70 kJ/mol

鍵長(Ge—H)：152.7 pm

沸點(101.325kPa)： -88 ℃

液體密度(-88.5℃，101.325kPa)： 1360kg/m³

氣體密度(0℃，101.325kPa)： 3.420kg/m³

相對密度(氣體，101.325kPa，0℃，空氣=1)：2.645

比容(21.2℃，101.325kPa)：0.3153m³/kg

氣液容積比(15℃，100kPa)：420 L/L

臨界溫度： 34.8℃

臨界壓力： 5553kPa

臨界密度： 598kg/m³

熔化熱(-165.9℃)： 10.90 kJ/kg

氣化熱(-88.4%)： 183.48 kJ/kg

比熱容(25℃)： Cp=586.15J/(kg·K)

蒸氣壓(-20℃)： 1215.9kPa

(0℃)： 2654.7kPa

(20℃)： 4154.3kPa

粘度(0℃，101.325kPa)：0.00142mPa·s

表面張力(-88.4℃)： 15.80mN/m

折射率(0℃，101.325kPa，氣體)： 1.000894

空氣中可燃範圍：0.8%～98%

鍺烷在常溫常壓下為具有不愉快刺激臭的無色有毒氣體。在室溫穩定，在280℃左右開始分解，在350℃左右幾乎全都分解成元素Ge和H₂。空氣中能燃燒，燃燒時發出藍紅色火焰，但燃燒程度不如矽烷激烈。與氧或空氣的混合物易爆炸。常溫下在液氨中與鹼金屬反應。鍺烷的自催化性強，一旦分解形成金屬覆蓋膜，就會急劇分解。因此，配管等材料的表面必須平滑。不溶於水，但可溶於次氯酸，微溶於熱濃硫酸。能被硝酸分解。

化學性質

與矽烷不同，鍺烷在空氣中不自燃。GeH₄能與空氣混合而不發生化學變化，升溫至160℃-183℃才逐漸被氧化（在低壓下需要升溫至320℃才起反應）。GeH₄大約在280℃分解為鍺和氫，375℃迅速分解。

鍺烷與過量氧的反應按下式進行：GeH₄+ 2O₂→ GeO₂+ 2H₂O

鍺烷與矽烷都是強還原劑，例如GeH₄與硝酸銀水溶液反應能放出氫氣並析出黑色的鍺與銀的混合物。矽烷在稀鹼溶液中迅速水解，而GeH₄不但與稀鹼溶液不反應，甚至與33%的NaOH溶液及1mol/L的HBr溶液中也不水解。

鍺烷的液氨溶液具有導電性，是由於其在液氨中發生了電離：GeH₄+ NH₃→ NH₄⁺+ GeH₃^-，因此鍺烷與鈉或鉀在液氨中反應，分別生成白色固體NaGeH₃和KGeH₃，這兩種物質在室溫下都不穩定。

用途

甲鍺烷在較高溫度下時分解為鍺和氫氣。這種對熱不穩定性被用於半導體工業中，即有機金屬化學氣相沉積法（MOVPE）。由於甲鍺烷毒性較大，某些有機鍺化合物（如異丁基鍺）可以替代甲鍺烷，套用於MOVPE中。

用於生產高純鍺

鍺烷作為高純單質鍺的重要來源之一，主要用於半導體，紅外技術等方面。採用鍺烷製備單質鍺具有以下優點：鍺烷分解在較低的溫度下進行，並具有高的生產能力和高的產量，原始化合物和反應產品具有較小的反應能力，不需要補充試劑。

20世紀60年代以前，鍺一直是作為重要的半導體材料而被大量採用，95%以上的鍺是用於製造半導體器件，以後由於矽材料的崛起，致使鍺在半導體領域的用量一落千丈。但鍺器件具有其它器件所無法比擬的優越性，鍺具有非常小的飽和電阻，幾乎無熱輻射、功耗極小等優點。紅外光學是耗鍺最多的領域之一，美國和日本一直把鍺烷作為戰略儲備物資用於軍事方面。此外，鍺在光纖、催化劑、醫藥、食品等領域仍然保持著一定的消耗量，還用於電阻溫度計等。因此，即使矽材料被廣泛使用，鍺的生產也是必不可少的，而鍺烷分解法是生產高純鍺的最佳方法之一。

用於太陽能電池

鍺烷在電子工業中主要用於金屬有機化合物氣相沉積（MOCVD）工藝，作為太陽能電池的重要前驅氣體，鍺烷主要用於製作含鍺的中等帶隙的非晶矽鍺合金吸收綠光的中間層，和鍺含量更高的窄帶隙的非晶矽鍺合金吸收紅光的底層。在非晶矽或者微晶矽薄膜材料中摻入鍺元素後，矽鍺薄膜材料就能夠大幅的調節材料向窄帶隙方向移動，從而提高矽基薄膜太陽電池的光譜回響範圍和太陽電池的光吸收效率，最終使得矽基薄膜太陽電池的轉換效率提高。

用於製備異質結二極電晶體

鍺烷作為矽－鍺（Si-Ge）膜的前體。主要用於製造電子器件，如積體電路、光電器件，特別是製備異質結二極電晶體。在異質結二極電晶體（HBT）中，薄矽鍺層作為二極電晶體的基底生長在矽片上，與傳統的矽二極電晶體相比，矽－鍺HBT在速度、回響頻率和增益上具有明顯的優勢，其速度和頻率回響可以與更昂貴的鎵－砷HBT相比。

其他用途

鍺烷還套用於90nm以上CMOS（數碼攝像器材感光元件） 、無線網路、3G通訊器材半導體元件生產中的外延工藝。另外，鍺烷在擴散、離子注入等工序中也多有套用。

生產工藝

1、氯化鍺還原。

2、鹽酸作用於鍺鎂合金。

3、在濃硫酸中電解氧化鍺。

其它信息

毒性

大鼠-吸入LC：150ppm·小時（1天后致死）

最高容許濃度：0.2ppm（0.6mg/m³）

鍺烷與砷烷、銻烷一樣是溶血性毒物，但其毒性比砷烷、銻烷弱。吸入後引起溶血作用和肝腎障礙，出現嗅覺失靈、頭痛、噁心、發抖、胸部壓迫感等症狀（參見砷烷）。

安全防護

用氣系統在使用前必須用惰性氣體置換空氣，進行氣密性試驗，抽真空。可用氦氣探漏儀或肥皂水探漏。裝置用完後也要用惰性氣體清洗。

GeH₄是非腐蝕性的．可以使用碳鋼、不鏽鋼、銅、黃銅、蒙乃爾、耐蝕鎳基合金、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯聚和體、尼龍、氟化橡膠、一般玻璃、硼矽酸耐熱玻璃、石英等材料。但是在可能引起燃燒的地方儘可能避免使用可燃性材料。

安全信息

危險運輸編碼：2192

危險品標誌：F,T,T+,F+

安全標識：16-24-26-36/37/39-45

危險標識：17-21/22-23-26-22-12

計算化學數據

1、 疏水參數計算參考值（XlogP）：0.5

2、 氫鍵供體數量：0

3、 氫鍵受體數量：0

4、 可旋轉化學鍵數量：0

5、 互變異構體數量：無

6、 拓撲分子極性表面積（TPSA）：0

7、 重原子數量：1

8、 表面電荷：0

9、 複雜度：0

10、 同位素原子數量：0

11、 確定原子立構中心數量：0

12、 不確定原子立構中心數量：0

13、 確定化學鍵立構中心數量：0

14、 不確定化學鍵立構中心數量：0

15、 共價鍵單元數量：1