氢化锗,分子式为GeH4,也称为锗烷、四氢化锗。常温常压下锗烷外观为无色气体状,有不愉快刺激性气味,有毒性。锗烷室温下性质稳定,高温会分解,不溶于水,微溶于热浓硫酸,可溶于次氯酸,可被硝酸分解,可燃烧,与空气、氧气混合有爆炸危险。锗烷是一种重要的电子气体。
锗烷制备工艺主要有:氯化锗还原法,以氯化锗(GeCl4)、金属氢化物为原料,在无水有机溶剂中反应制得;以二氧化锗、氢化钠/氢化钾为原料,在氢溴酸中反应制得粗品再精馏提纯;以锗镁合金、盐酸为原料反应制得;在浓硫酸条件下电解氧化锗制得。
锗是重要的半导体材料,同时拥有部分金属与非金属特性,具有电阻低、无热辐射、功耗低等优点。锗烷在350℃左右基本可以完全分解为锗和氢,可用来制取高纯锗,是生产高纯锗的最佳方式之一,可以应用在半导体、集成电路、显示、通讯、太阳能等产业中。在半导体产业中,锗烷可采用MOCVD工艺在硅片上沉积硅锗薄膜,由此材料制造而成的异质结二极晶体管,其速度与频率响应效果优。
根据新思界产业研究中心发布的《2021-2025年锗烷(氢化锗)行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示,在半导体气体市场中,锗烷份额占比在3.2%左右。2020年,全球半导体气体市场规模约为236亿元,锗烷市场规模约为7.6亿元。锗的性能优点突出,随着半导体产业技术不断升级、新型电子产品不断问世,市场对性能优异材料的需求不断增长,利好锗烷行业发展。同时,5G时代到来,硅锗材料的高载流子迁移率、灵活能带宽度使得其在通信领域需求快速增长,进一步拉动锗烷市场规模扩大。
在全球市场中,法国液化空气集团(Air Liquide)于2013年收购美国Voltaix公司,成为全球最大的锗烷供应商。锗烷特别是高纯锗烷技术壁垒高,在2015年及以前,我国半导体用高纯锗烷需求完全依靠进口,进口价格高昂且存在供货不稳定性,不利于我国半导体产业发展。2016年,博纯材料实现锗烷量产,打破国内市场被国外企业垄断的格局,2019年,华特股份募投10吨/年锗烷产能项目,我国锗烷产能逐步扩大。
新思界行业分析人士表示,我国还有太和气体、中环装备等企业布局锗烷市场,但或产能小、或未实现投产,国内实际每年锗烷产量小,需求对外依赖度依然较大。锗烷在半导体等产业中用量较大,且产品附加值高,可为企业带来巨大利润;同时,国际政治经济形势多变,关键材料依靠进口导致我国半导体产业发展风险增大。这两大因素下,我国锗烷国产化替代空间大。