Germaniumkristalle

Germaniumkristalle sind Einkristalle des Elements Germanium (Ge). Germanium ist ein Halbleitermetalloid der Gruppe 14 und wird insbesondere in der Elektronik und Infrarotoptik genutzt. Die Kristalle besitzen die Diamantgitterstruktur, die auch bei Silizium vorkommt, und erfordern ausgesprochen hohe Reinheit für elektronische Anwendungen.

Herstellung und Kristallwachstum erfolgen gewöhnlich durch Zonenschmelzen zur weiteren Reindurch purification, gefolgt von Czochralski- oder Float-Zone-Verfahren. Daraus entstehen einkristalline Scheiben (Wafers) mit kontrollierter Dotierung. Die Reinheit und Kristallqualität bestimmen maßgeblich die elektronische Leistung.

Eigenschaften von Germanium umfassen einen indirekten Bandabstand von etwa 0,66 Elektronenvolt bei Raumtemperatur, einen hohen Brechungsindex im infraroten Bereich und eine relative Sprödigkeit. Der Schmelzpunkt liegt bei rund 938 °C. Hochreine Ge-Kristalle zeigen geringe Verunreinigungsdichte, die für Halbleiterbauelemente erforderlich ist. Dotierung verändert die elektrischen Eigenschaften: n-Typ-Ge durch Phosphor oder Arsen; p-Typ-Ge durch Bor oder ähnliche Akzeptoren.

Anwendungen umfassen historische und aktuelle Verwendungen in der Halbleitertechnik sowie spezialisierte Detektoren. In der Elektronik wurden Germaniumkristalle in frühen Dioden und Transistoren genutzt; heute spielen Ge-Wafers vor allem in Hochreinheitsdetektoren (HPGe) für Gammaspektroskopie, in Infrarotoptikkomponenten sowie in bestimmten spezialisierten Halbleiterbauelementen eine Rolle. Ge-Kristalle bleiben wichtig dort, wo geringe Bandabstände oder besondere IR-Eigenschaften gefragt sind.