鍺晶體介紹：
鍺的物理性質
鍺的物理性質鍺是銀白色晶體(粉末狀呈暗藍色)，熔點937.4℃，沸點2830℃，密度5.35g/cm3，莫氏硬度6.0～6.5，室溫下，晶態鍺性脆，可塑性很小。鍺具有半導體性質，在高純鍺中摻入三價元素(如銦、鎵、硼)、得到P型鍺半導體；摻入五價元素(如銻、砷、磷)，得到N型鍺半導體?；蟽r為+2和+4。第一電離能7.899電子伏特。鍺有著良好的半導體性質，如高電子遷移率和高空穴遷移率等。
晶體結構：晶胞為面心立方晶胞，每個晶胞含有四個金屬原子。據X射線研究證明，鍺晶體里的原子排列與金剛石差不多。結構決定性能，所以鍺與金剛石一樣硬而且脆。
鍺的化學性質
鍺的化學性質鍺化學性質穩定，不溶于水、鹽酸、稀苛性堿溶液。
在常溫下不與空氣或水蒸氣作用，但在600～700℃時，與氧氣反應能很快生成二氧化鍺。在加熱情況下，鍺能在氧氣、氯氣和溴蒸氣中燃燒。
鍺與鹽酸、稀硫酸不起作用，但濃硫酸在加熱時，鍺會緩慢溶解。在硝酸、王水中，鍺易溶解。
堿溶液與鍺的作用很弱，但熔融的堿在空氣中，能使鍺迅速溶解。鍺易溶于熔融的氫氧化鈉或氫氧化鉀，生成鍺酸鈉或鍺酸鉀。在過氧化氫、次氯酸鈉等氧化劑存在下，鍺能溶解在堿性溶液中，生成鍺酸鹽。鍺的氧化態為＋2和＋4。
鍺與碳不起作用，所以在石墨坩堝中熔化，不會被碳所污染。
光學級鍺晶體(單晶和多晶)是目前紅外透射材料中應用最廣泛的材料之一。它具有寬的紅外透射波段(可在3~5μm和8~12μm兩波段使用),機械強度高,不易潮解,化學性能穩定等特點,因而是制作紅外光學透鏡和窗口的良好材料,多數用于熱像儀和低功率CO2激光器窗口。但在使用中,仍要求鍺晶體的直徑要足夠大,透過率要高以及折射率均勻性要好,成本要低。
隨著科技的不斷進步，激光以及紅外技術得到了極其迅猛的發展，光學級鍺晶體(單晶和多晶)是目前紅外透射材料中應用最廣泛的材料之一，因其在紅外光學中的卓越性能引起了紅外光學行業的重視，它具有寬的紅外透射波段(可在3~5μm和8~12μm兩波段使用),是制作紅外光學透鏡和窗口的良好材料,多數用于熱像儀和低功率CO2激光器窗口。
主要優勢：
第一，鍺的紅外波段較寬；
第二，鍺在不同波長紅外線上的透過率比其他材料要高；
第三，鍺在不同波長紅外線上的折射率和低色散表現理想；
第四，鍺的環境適應性較好，同時其物理性能也比較優秀；
第五，鍺的加工比較方便；
第六鍺的制造成本比較低。
紅外器件所用鍺單晶為n型，電阻率5～40歐姆·厘米，單晶直徑可達300毫米,多晶直徑可達600毫米。探測器級鍺單晶用于制作鋰漂移探測器和高純鍺探測器
純度：晶體生長時所使用的原材料鍺多晶錠，應滿足GB/T11071的要求。其純度應不低于99.9999%（6N），電阻率不低于50Ω.cm。
結晶質量：晶體外側壁、端面不應觀察到晶界、孿晶、孔洞。
外觀質量：晶體側壁表面為原生表面，兩端面為切割表面或原生表面。側壁與兩端面無污染、無崩邊、無裂紋、無劃痕。
晶向：鍺單晶的晶向，以頭、尾端面所測晶向進行表征。
鍺單晶的晶向有兩種：<100>、<111>。
導電類型：鍺單晶的導電類型，以晶體的頭、尾端面所測導電類型進行表征。
鍺單晶的導電類型共有兩類：N型、P型。紅外光學部件所使用的鍺單晶是N型。
摻雜劑：鍺單晶的摻雜劑如下圖。
鍺單晶導電類型及摻雜劑
電阻率：鍺單晶的電阻率，以單晶的頭、尾端面的電阻率表征。分為以下數檔 ：
光學透過率：對于厚度5mm，雙面研磨拋光、兩面平行的鍺單晶樣品，在2μm～12.0μm波長范圍，光學透過率應不低于45%，透射率曲線應平滑、無吸收峰。如下圖：
光學吸收系數：鍺晶體的吸收系數在3.0μm處應不大于0.01cm-1，在10.6μm處應不大于0.03cm-1。
折射率：折射率應符合下表的規定。
斷裂模量：鍺單晶的斷裂模量應不小于75MPa。
技術概述：
鍺金屬無法直接被應用，應用到紅外光學行業的是由鍺金屬制成鍺單晶，鍺單晶的生長方法：
直拉法
直拉法是目前生長鍺單晶最主要的方法,也是制造集成電路用大直徑硅片的主要方法。該法是在盛有熔體鍺的坩堝內,引入籽晶作為非均勻晶核,然后控制溫場(徑向和縱向溫度分布),將籽晶以一定速度旋轉,晶體在籽晶下方按照籽晶晶向長大。
第一，先用坩堝將鍺錠融化；
第二，將一個鍺晶體固定在拉桿上做晶體種子；
第三，將晶體種子垂直放入到比熔點溫度稍高的熔融鍺中；
第四，在一定的速度下將晶體種子從熔融鍺中拉出，此時熔融鍺便能以凈體種子的結晶方向凝固。通過精確的控制晶體種子的拉出速度以及坩堝和晶體種子的轉速，同時結合自動控溫等技術就可以制成0.003～40Ω—CMn型電阻率、0.002～40Ω—CMp型電阻率、500～3000CM位錯密度、20～300mm直徑的鍺單晶。
區熔勻平法
這種鍺單晶的生產方式是運用石英管加熱爐來生產鍺單晶的，其生產的鍺單晶電阻率均勻，通常這種方式生產可生產出3%上下徑向密度、7%上下縱向密度、103cm位錯密度、5～12cm截面的鍺單晶。
生長流程：
毛坯加工
將生長出來的晶體進行研磨，根據研磨質量不同要求選用不同顆粒的細沙進行研磨，去除表面不均勻部分，根據產品尺寸要求在切割機上進行切割，切割完成后在水浴鍋中進行融蠟粘接（水浴鍋采用電加熱，加熱溫度60℃，用融化后的石蠟的粘性粘接切割后的晶體，因只需把石蠟由固態加熱至液態即可，固無廢氣產生），融蠟粘接完成后按照客戶要求尺寸進行晶體滾圓，滾圓后進行水解(用水對石蠟進行溶解)，水解完成后進行清洗，倒邊，檢驗合格后為成品，不合格回到晶體切割工序再利用。
拋光加工：
晶體毛坯通過銑磨機進行銑磨，銑磨過程中產生廢水，銑磨后再精磨，精磨過程中采用金剛砂進行精磨，精磨完成后進行拋光，拋光完成后進行定心割邊，定心割邊完成后進行清洗檢驗，清洗采用無水乙醇清洗擦拭（擦拭在擦拭臺進行，無水乙醇用量極少，無需封閉集氣處理。檢驗合格后為成品
精磨拋光
（1）細磨精磨：
1清洗模具：用洗衣粉清洗模具，以免上邊殘留的磨料劃傷工件。
2適當調整碾磨機的轉速，待磨輪轉動均勻后，開始磨修。
3細磨精磨的方法：
(a)磨平面時，先將工件輕輕放在磨輪上，然后輕輕加力并與磨輪轉動方向呈反方向運動，運動軌跡最好成橢圓型，每磨固定圈數后，將工件自身旋轉一定的角度，繼續磨修。將工件放在磨輪中間可以磨修邊緣，放在磨輪邊緣可以磨修工件中間。注意不要用力過大，否則可能會使工件飛出或者造成劃痕。
(b)磨凸面時，方法與平面基本相同，當工件沿外緣轉動時可以磨修中間，當工件在中間轉動時可以磨修邊緣。
(c)當工件磨修差不多的時候，可以停止磨修，洗凈工件，用六倍放大鏡觀察表面紋路，是否有劃痕和沙眼，如果有繼續修磨。
(d)若表面合格，使用刀口尺觀察平面的平整度，觀察合格的標準為平面中心有一條頭發絲細的亮線。
4細磨使用302#的沙，精磨使用303、304的沙。
5由細磨轉為精磨的過程中，模具必需用洗衣粉清洗干凈。
6六倍放大鏡和刀口尺的使用方法：
六倍放大鏡應在100W的白熾燈光下使用，使用時應遠離工件10cm左右，看工件時工件應該斜對著燈光，邊觀察邊慢慢旋轉工件。使用刀口尺時，工件表面要確保干燥，要仰視工件就與刀口尺的結合部，使用刀口尺觀察兩次，兩次角度應垂直。
（2）拋光（古典法）：
1上盤：用瀝青剛性上盤，上盤完后清洗拋光面。
2調整好機床轉速、擺幅，準備好熱水、拋光液。
3預熱拋光模：將拋光模在50~60度的熱水中燙一下，使拋光模軟化。
4在拋光模上涂上拋光液，覆蓋在鏡盤上，用手推幾下，使之吻合。放上鐵筆，開動機床，開始拋光。邊拋光邊添加拋光液。
5拋光約15分鐘后，取下工件，用洗衣粉洗凈拋光面，用六倍放大鏡觀察表面疵病。在已拋光面上滴一滴乙醚與酒精的混合液，用紗布擦凈，用同樣的方法處理標準工件，然后使兩者貼合在燈光下觀察光圈。
6光圈的識別和修改：
低光圈：加壓，空氣減少，光圈縮小，光圈顏色為藍、紅、黃
高光圈：加壓，空氣減少，光圈外擴，光圈顏色為黃、紅、藍
工件在上：低光圈，工件往里收，多拋邊沿；高光圈，工件往外拉，多拋中心。
工件在下：低光圈，往外拉，多拋邊緣；高光圈，往里收，多拋中心。
7下盤，用汽油洗掉瀝青，再上盤，拋另一面。注意已拋面應涂上保護漆，用酒精洗掉保護漆。
8兩面都拋光合格后，清洗工件。清洗工作臺，拋光結束。
9拋光的目的：
(a)去掉表面的破壞層，達到規定的粗糙度。
(b)精修面形，達到圖紙要求的面形。
(c)為以后的特種工藝如鍍膜，膠合工序創造條件。
定心磨邊
機械法定心：
1定心原理：
機械法定心是將透鏡放在一對同軸精度高、端面精確垂直于軸線的接頭之間，利用彈簧壓力夾緊透鏡，根據力的平衡來實現定心。其中一個接頭可以轉動，另一個既能轉動又能沿軸向移動。
2操作自動定心磨邊機：
打開電源，先開水泵，然后開砂輪。
接著根據零件的尺寸調節前邊的定位千分尺，調節后邊的千分尺對刀，聽到細微的摩擦聲即對刀完成，再將千分尺向后擰一些，然后再次調節前邊的千分尺，調節至目標尺寸。然后即可按下自動操作鍵，磨邊機會自動完成定心磨邊。
氣泡和條紋-微觀的：
所有晶體和玻璃材料，沒有完美的材料，都會有細小的氣泡或是條紋；這個在國標中有規定。ICC的符合國標。
需要注意的是，有些氣泡和條紋，在棒材階段是監測不出來的，切片也看不出，只有精密拋光后，在有經驗的檢驗員或是精密檢測儀器下，才能看到。
包裹物，散射顆粒：
晶體材料里面有可見白點，星星點點，用激光筆照射候，發光。這些是絕對不合格品的表現。
顏色：
顏色多是材料在清洗過程中，酸堿配比不一致；亮度不一致，多為晶體方向或是晶體結構不同，譬如111方向可能不如100方向更亮或是透一些。
晶體定向知識-為何晶體要定向
晶體結構即晶體的微觀結構，是指晶體中實際質點（原子、離子或分子）的具體排列情況。自然界存在的固態物質可分為晶體和非晶體兩大類，固態的金屬與合金大都是晶體。晶體與非晶體的最本質差別在于組成晶體的原子、離子、分子等質點是規則排列的（長程序），而非晶體中這些質點除與其最相近外，基本上無規則地堆積在一起（短程序）。金屬及合金在大多數情況下都以結晶狀態使用。晶體結構是決定固態金屬的物理、化學和力學性能的基本因素之一。
晶系
已知晶體形態超過四萬種，它們都是按七種結晶模式發育生長，即七大晶系。晶體是以三維方向發育的幾何體，為了表示三維空間，分別用三、四根假想的軸通過晶體的長、寬、高中心，這幾根軸的交角、長短不同而構成七種不同對稱、不同外觀的晶系模式：等軸晶系，四方晶系，三方晶系，六方晶系，斜方晶系，單斜晶系，三斜晶系。
晶面
晶面指數（indices of crystal face）是晶體的常數之一，是晶面在3個結晶軸上的截距系數的倒數比，當化為整數比后，所得出的3個整數稱為該晶面的米勒指數（Miller index）。六方和三方晶系晶體當選取4個結晶軸時，一個晶面便有4個截距系數，由它們的倒數比所得出的4個整數則稱為晶面的米勒—布拉維指數（Miller Bravais indices）。以上兩種指數一般通稱為晶面指數
在晶體中，原子的排列構成了許多不同方位的晶面，故要用晶面指數來分別表示這些晶面。晶面指數的確定方法如下：
1．對晶胞作晶軸X、Y、Z，以晶胞的邊長作為晶軸上的單位長度；
2．求出待定晶面在三個晶軸上的截距（如該晶面與某軸平行，則截距為∞）
3．取這些截距數的倒數，例如 110，111，112等；
4．將上述倒數化為最小的簡單整數，并加上圓括號，即表示該晶面的指數，一般記為（hkl），例如（110），（111），（112）等。
晶向
晶向是指晶體的一個基本特點是具有方向性，沿晶格的不同方向晶體性質不同。布拉維點陣的格點可以看成分列在一系列相互平行的直線系上，這些直線系稱為晶列。同一個格點可以形成方向不同的晶列，每一個晶列定義了一個方向，稱為晶向。
標志晶向的這組數稱為為晶向指數。
由于晶體具有對稱性，有對稱性聯系著的那些晶向可以方向不同，但它們的周期卻相同，因而是等效的，這些等效晶向的全體可用尖括號< α β γ >來表示。對于立方系，晶向[100]、[010]、[001]及其相反晶向就可以用<100>表示，其它晶系不適用。
立方晶系的晶向指數可用[uvw]來表示。其確定步驟為:
(1)選定晶胞的某一陣點為原點,以晶胞的3條棱邊為坐標軸,以棱邊的長度為單位長度;
(2)若所求晶向未通過坐標原點,則過原點作一平行于所求晶向的有向直線;
(3)求出該有向直線上距原點最近的一個陣點的坐標值u、v和w;
(4)將三個坐標值按比例化為最小整數,依次放入方括號[]內,即為所求晶向指數
可見光
指能引起視覺的電磁波?？梢姽獾牟ㄩL范圍在0.77～0.39微米之間。波長不同的電磁波，引起人眼的顏色感覺不同。0.77～0.622微米，感覺為紅色；0.622～0.597微米，橙色；0.597～0.577微米，黃色；0.577～0.492微米，綠色；0.492～0.455微米，藍靛色；0.455～0.39微米，紫色。
紅外光譜（infrared spectra）
指以波長或波數為橫坐標以強度或其他隨波長變化的性質為縱坐標所得到的反映紅外射線與物質相互作用的譜圖。按紅外射線的波長范圍，可粗略地分為近紅外光譜（波段為0.8～2.5微米）、中紅外光譜（2.5～25微米）和遠紅外光譜（25～1000微米）。對物質自發發射或受激發射的紅外射線進行分光，可得到紅外發射光譜，物質的紅外發射光譜主要決定于物質的溫度和化學組成；對被物質所吸收的紅外射線進行分光，可得到紅外吸收光譜。每種分子都有由其組成和結構決定的獨有的紅外吸收光譜，它是一種分子光譜。分子的紅外吸收光譜屬于帶狀光譜。原子也有紅外發射和吸收光譜，但都是線狀光譜。
紫外光譜
紫外光譜是分子中某些價電子吸收了一定波長的電磁波，由低能級躍近到高能級而產生的一種光譜，也稱之為電子光譜。目前使用的紫外光譜儀波長范圍是200~800nm。其基本原理是用不同波長的近紫外光（200~400nm）依次照一定濃度的被測樣品溶液時，就會發現部分波長的光被吸收。如果以波長λ為橫坐標（單位nm），吸收度 （absorbance）A為縱坐標作圖，即得到紫外光譜（ultra violet spectra，簡稱UV）。
