[科普中国]-氢化锗

氢化锗（Germane），也称为锗烷，是一种化学试剂、可用于制取高纯度锗。分子式为GeH4，分子量为76.63。

理化性质物理性质性状：有毒、易燃和无色的气体。

临界温度：308 K

临界压力：54.8 atm

生成热：+90.37 kJ/mol

键能(Ge—H)：288.70 kJ/mol

键长(Ge—H)：152.7 pm

沸点(101.325kPa)： -88 ℃

液体密度(-88.5℃，101.325kPa)： 1360kg/m3

气体密度(0℃，101.325kPa)： 3.420kg/m3

相对密度(气体，101.325kPa，0℃，空气=1)：2.645

比容(21.2℃，101.325kPa)：0.3153m3/kg

气液容积比(15℃，100kPa)：420 L/L

临界温度： 34.8℃

临界压力： 5553kPa

临界密度： 598kg/m3

熔化热(-165.9℃)： 10.90 kJ/kg

气化热(-88.4%)： 183.48 kJ/kg

比热容(25℃)： Cp=586.15J/(kg·K)

蒸气压(-20℃)： 1215.9kPa

(0℃)： 2654.7kPa

(20℃)： 4154.3kPa

粘度(0℃，101.325kPa)：0.00142mPa·s

表面张力(-88.4℃)： 15.80mN/m

折射率(0℃，101.325kPa，气体)： 1.000894

空气中可燃范围：0.8%～98%1

锗烷在常温常压下为具有不愉快刺激臭的无色有毒气体。在室温稳定，在280℃左右开始分解，在350℃左右几乎全都分解成元素Ge和H2。空气中能燃烧，燃烧时发出蓝红色火焰，但燃烧程度不如硅烷激烈。与氧或空气的混合物易爆炸。常温下在液氨中与碱金属反应。锗烷的自催化性强，一旦分解形成金属覆盖膜，就会急剧分解。因此，配管等材料的表面必须平滑。不溶于水，但可溶于次氯酸，微溶于热浓硫酸。能被硝酸分解。

化学性质与硅烷不同，锗烷在空气中不自燃。GeH4能与空气混合而不发生化学变化，升温至160℃-183℃才逐渐被氧化（在低压下需要升温至320℃才起反应）。GeH4大约在280℃分解为锗和氢，375℃迅速分解。

锗烷与过量氧的反应按下式进行：GeH4+ 2O2→ GeO2+ 2H2O

锗烷与硅烷都是强还原剂，例如GeH4与硝酸银水溶液反应能放出氢气并析出黑色的锗与银的混合物。硅烷在稀碱溶液中迅速水解，而GeH4不但与稀碱溶液不反应，甚至与33%的NaOH溶液及1mol/L的HBr溶液中也不水解。

锗烷的液氨溶液具有导电性，是由于其在液氨中发生了电离：GeH4+ NH3→ NH4++ GeH3-，因此锗烷与钠或钾在液氨中反应，分别生成白色固体NaGeH3和KGeH3，这两种物质在室温下都不稳定。2

用途甲锗烷在较高温度下时分解为锗和氢气。这种对热不稳定性被用于半导体工业中，即有机金属化学气相沉积法（MOVPE）。由于甲锗烷毒性较大，某些有机锗化合物（如异丁基锗）可以替代甲锗烷，应用于MOVPE中。

用于生产高纯锗锗烷作为高纯单质锗的重要来源之一，主要用于半导体，红外技术等方面。采用锗烷制备单质锗具有以下优点：锗烷分解在较低的温度下进行，并具有高的生产能力和高的产量，原始化合物和反应产品具有较小的反应能力，不需要补充试剂。

20世纪60年代以前，锗一直是作为重要的半导体材料而被大量采用，95%以上的锗是用于制造半导体器件，以后由于硅材料的崛起，致使锗在半导体领域的用量一落千丈。但锗器件具有其它器件所无法比拟的优越性，锗具有非常小的饱和电阻，几乎无热辐射、功耗极小等优点。红外光学是耗锗最多的领域之一，美国和日本一直把锗烷作为战略储备物资用于军事方面。此外，锗在光纤、催化剂、医药、食品等领域仍然保持着一定的消耗量，还用于电阻温度计等。因此，即使硅材料被广泛使用，锗的生产也是必不可少的，而锗烷分解法是生产高纯锗的最佳方法之一。

用于太阳能电池锗烷在电子工业中主要用于金属有机化合物气相沉积（MOCVD）工艺，作为太阳能电池的重要前驱气体，锗烷主要用于制作含锗的中等带隙的非晶硅锗合金吸收绿光的中间层，和锗含量更高的窄带隙的非晶硅锗合金吸收红光的底层。在非晶硅或者微晶硅薄膜材料中掺入锗元素后，硅锗薄膜材料就能够大幅的调节材料向窄带隙方向移动，从而提高硅基薄膜太阳电池的光谱响应范围和太阳电池的光吸收效率，最终使得硅基薄膜太阳电池的转换效率提高。

用于制备异质结二极晶体管锗烷作为硅－锗（Si-Ge）膜的前体。主要用于制造电子器件，如集成电路、光电器件，特别是制备异质结二极晶体管。在异质结二极晶体管（HBT）中，薄硅锗层作为二极晶体管的基底生长在硅片上，与传统的硅二极晶体管相比，硅－锗HBT在速度、响应频率和增益上具有明显的优势，其速度和频率响应可以与更昂贵的镓－砷HBT相比。

其他用途锗烷还应用于90nm以上CMOS（数码摄像器材感光元件） 、无线网络、3G通讯器材半导体元件生产中的外延工艺。另外，锗烷在扩散、离子注入等工序中也多有应用。1

生产工艺1、氯化锗还原。

2、盐酸作用于锗镁合金。

3、在浓硫酸中电解氧化锗。3

其它信息毒性

大鼠-吸入LC：150ppm·小时（1天后致死）

最高容许浓度：0.2ppm（0.6mg/m3）

锗烷与砷烷、锑烷一样是溶血性毒物，但其毒性比砷烷、锑烷弱。吸入后引起溶血作用和肝肾障碍，出现嗅觉失灵、头痛、恶心、发抖、胸部压迫感等症状（参见砷烷）。

安全防护

用气系统在使用前必须用惰性气体置换空气，进行气密性试验，抽真空。可用氦气探漏仪或肥皂水探漏。装置用完后也要用惰性气体清洗。

GeH4是非腐蚀性的．可以使用碳钢、不锈钢、铜、黄铜、蒙乃尔、耐蚀镍基合金、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯聚和体、尼龙、氟化橡胶、一般玻璃、硼硅酸耐热玻璃、石英等材料。但是在可能引起燃烧的地方尽可能避免使用可燃性材料。3

安全信息危险运输编码：2192

危险品标志：F,T,T+,F+

安全标识：16-24-26-36/37/39-45

危险标识：17-21/22-23-26-22-12 4

计算化学数据1、 疏水参数计算参考值（XlogP）：0.5

2、 氢键供体数量：0

3、 氢键受体数量：0

4、 可旋转化学键数量：0

5、 互变异构体数量：无

6、 拓扑分子极性表面积（TPSA）：0

7、 重原子数量：1

8、 表面电荷：0

9、 复杂度：0

10、 同位素原子数量：0

11、 确定原子立构中心数量：0

12、 不确定原子立构中心数量：0

13、 确定化学键立构中心数量：0

14、 不确定化学键立构中心数量：0

15、 共价键单元数量：13

本词条内容贡献者为:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大学