Электронные компоненты

Германий используется для изготовления электронных приборов благодаря своим полупроводниковым свойствам. Он стал первым полупроводником, доказавшим свою коммерческую успешность. Большая часть транзисторов и диодов, применявшихся в начале XXI века, была изготовлена из кремния. Это объяснялось легкостью изготовления, лучшей термоустойчивостью и более высокой максимальной рабочей температурой таких приборов (150° C и 100° C соответственно) по сравнению с их аналогами из германия.  Несмотря на то, что диоды из германия не так эффективны, как кремниевые, в некоторых схемах они более предпочтительны, поскольку начинают проводить при низком напряжении (от 0.2 до 0.3 вольт (V) в сравнении с 0.6 V).

За последние два-три года интерес к германию как к материалу для электронных приборов возродился, поскольку получил развитие успешный метода выращивания сверхтонких эпитаксиальных слоев германия на кремниевой подложке. Сегодня микроскопические биполярные импульсные транзисторы, содержащие кремний и германий, входят в состав чипов, которые используются в сотовых телефонах, компьютерах и лазерах. Такие транзисторы работают в пять раз быстрее, чем кремниевые, и в два раза быстрее, чем высокоскоростные транзисторы из фосфата индия. Кроме того, они потребляют намного меньше энергии, чем стандартные транзисторы. Считается, что чипы, в состав которых входит сплав кремния и германия, идеально подходят для широкополосных карманных персональных коммуникационных устройств и  процессоров для обработки электронных сигналов, связанных с оптоволоконными кабелями (Patch, 2001; IBM Microelectronics, без даты).

Монокристаллический германий используется в качестве подложки для эпитаксиальных осаждений арсенида галлия (GaAs) и фосфида арсенида галлия, применяющихся в светодиодах, лазерных диодах и фотоэлектрических солнечных элементах. Использование германия в качестве компонента светодиодов сократилось в связи с тем, что во многих отраслях промышленности им на смену пришли жидкокристаллические диоды. Использование германия в многослойных солнечных элементах оказалось очень перспективным. Так, на германиевых солнечных элементах был создан трехэлементный фосфид галлия и индия на арсениде галлия, предназначенный для использования в панелях солнечных батарей концентраторного типа в наземных условиях и в космосе. Новые элементы преобразуют 32% энергии падающего потока в электрическую энергию. Эти многослойные элементы преобразуют в электроэнергию больший сегмент светового спектра, чем элементы, используемые в в настоящее время в промышленности. Верхний слой преобразует самый высокоэнергетичный световой поток, средний и нижний слои преобразуют достигающие их части светового спектра. Таким образом, каждый слой способствует эффективному преобразованию энергии в элементах. КПД преобразования четырехслойного солнечного элемента, разработанного в конце 90-х, достигал 40% (Environmental News Network, 1999).

В 2002 году был введен в производство новый фотодиод, изготовленный из германия. Он предназначался для регулирования с обратной связью выходной мощности лазеров, используемых в оптоволоконных телекоммуникационных системах. При работе с подобными лазерами необходимо поддерживать постоянный уровень мощности для того, чтобы обеспечить высокое качество сигнала (Spectrolab Inc., 2002).

Несмотря на то, что германий все реже применятся в электронике, он в значительных количествах входит в состав силовых выпрямителей, использующихся в контроллерах электродвигателей, резервных источников питания для аварийного освещения и компьютеров, а также в источниках питания с низким напряжением , предназначенных для различных электрических приборов.

КАТАЛИЗАТОР ПОЛИМЕРИЗАЦИИ

--------------------------------

GeO2 используется в качестве катализатора полимеризации в поздней стадии полимеризации полиэтилентерефталата - широко распространенного пластика, применяющегося для изготовления бутылок, пленки, упаковки для пищевых продуктов и многих других предметов. GeO2, создающий продукт с большей прозрачностью и белизной, чем другие катализаторы, использовался в Японии на протяжении многих лет. В США  GeO2 считали слишком дорогим, и вместо него применялся Sb2O3 или  триацетат сурьмы  (Sb(CH2COO)3).  Только в 1997 году в статистических данных Геологической службы США использование GeO2 в качестве катализатора стали выделять в отдельную графу. До этого времени оно относилось к категории «прочие цели».   До середины 1990-х германий применялся в промышленности в небольших количествах, примерно до 2 т./год, но к 2000 году эти цифры возросли до 7 т./год, что составляло четвертую часть общего внутреннего использования германия.

В настоящее время проводятся исследования по использованию соединений германия в качестве катализаторов фторирования различных углеводородов. Особый интерес представляет изготовление гидрофторуглеродов - безопасных для экологии охлаждающих веществ, пришедших на смену хлорфторуглеродам.  Синтез, катализированный германием, происходящий при более низких температуре и давлении, чем в современной обработке, вероятно, будет энергосберегающим  и высокоселективным.  При этом синтез нежелательных побочных продуктов сводится к минимуму. (U.S. Department of Energy, 2001).

По данным экспертов, потребление германия для полимеризации полиэтилентерефталата за пределами США сокращается с 2007 года. Исключением стал 2011 год, когда после землетрясения в Тохоку в Японии увеличился спрос на бутылки для напитков. В 2012 году уровень потребления продолжал падать. Подсчитано, что в 2012 году в производстве полиэтилентерефталата было использовано около 10 000 кг. диоксида германия, в то время, как в 2008 году эта цифра была равна 50 000 кг. Некоторые производители бутылок из полиэтилентерефталата заменили продукты на основе триацетата сурьмы и титана продуктами, содержащими диоксид германия из-за дешевизны последнего (Metal-Pages, 2011; Roskill’s Letter from Japan, 2012).  

ПРОЧЕЕ

---------------------

Германий сплавляется в различных комбинациях с золотом, серебром, медью и палладием в стоматологических сплавах, а также с кремнием в термоэлектрических приборах. Чаще всего германий в крайне небольших количествах используется для повышения твердости металлов, таких как алюминий, магний и олово.

Монокристаллический германий применяется в детекторах гамма-излучений в спектральном анализе и для в монохроматорах рентгеновских излучений в физике высоких энергий. Резистивные термометры из германия используются для точного измерения температуры в диапазоне от 0,5 до 100 К (Scientific Instruments, Inc., без даты). В медицине сцинтилляционные кристаллы из окиси германия и висмута используются в сканерах позитронно-эмиссионной томографии (Adams and Thomas, 1994, р. 551-552).

Кроме того германий используется:

•        в оптических дисках

•        в вогнутых зеркалах обычного типа

•        в германиево-кремниевых сплавах

•        в космических исследованиях (ведутся разработки)

•        в транзисторах на основе германия и кремния в музыкальной индустрии.