Gallium arsenide (GaAs) ist eine Zusammensetzung des Element-Galliums und Arsens. Es ist ein III/V Halbleiter, und wird in der Fertigung von Geräten wie integrierte Stromkreise der Mikrowellenfrequenz verwendet, monolithische Mikrowelle hat Stromkreise, Licht ausstrahlende Infrarotdioden, Laserdioden, Sonnenzellen und optische Fenster integriert.

Vorbereitung und Chemie

In der Zusammensetzung hat Gallium einen +3 Oxydationsstaat. Gallium arsenide kann durch die direkte Reaktion von den Elementen, wie verwendet, in mehreren Industrieprozessen bereit sein:

• Das Kristallwachstum mit einem horizontalen Zonenbrennofen in der Bridgman-Stockbarger Technik, in der Gallium und arsenhaltige Dämpfe reagieren und freie Molekül-Ablagerung auf einem Impfkristall am kühleren Ende des Brennofens.
• Wachstum der Flüssigkeit hat Czochralski kurz zusammengefasst (LEC) wird verwendet, um hohe Reinheitsmonokristalle dieses Ausstellungsstück-Halbisolieren Eigenschaften zu erzeugen.

Alternative Methoden, um Filme von GaAs zu erzeugen, schließen ein:

• VPE Reaktion von gasartigem Gallium-Metall und Arsen trichloride:

:2 Ga + 2 AsCl  2 GaAs + 3 Kl.

• MOCVD Reaktion von trimethylgallium und arsine:

:Ga (CH) + AsH  GaAs + 3 CH

• Molekulares Balken-Kristallwachstum (MBE) von Gallium und Arsen:

:4 Ga + Als  4 GaAs

oder

:2 Ga + Als  2 GaAs

Das nasse Ätzen von GaAs verwendet industriell ein Oxidieren-Reagenz wie Wasserstoffperoxid oder Brom-Wasser, und dieselbe Strategie ist in einem Patent in Zusammenhang mit in einer Prozession gehenden Stück-Bestandteilen beschrieben worden, die GaAs enthalten, wo Ga complexed mit einer hydroxamic Säure ("HA") zum Beispiel ist::

:GaAs + HO + "HA"  "GaA" Komplex + HAsO + 4 HO

Die Oxydation von GaAs kommt in Luft vor und erniedrigt Leistung des Halbleiters. Die Oberfläche kann passivated durch das Niederlegen eines Kubikgalliums (II) Sulfid-Schicht mit einer Tert-Butyl-Gallium-Sulfid-Zusammensetzung wie (BuGaS) sein.

Vergleich mit Silikon

Vorteile von GaAs

Einige elektronische Eigenschaften von Gallium arsenide sind als diejenigen von Silikon höher. Es hat eine höhere durchtränkte und höhere Elektrongeschwindigkeitselektronbeweglichkeit, Gallium arsenide Transistoren erlaubend, an Frequenzen über 250 GHz zu fungieren. Verschieden von Silikonverbindungspunkten sind Geräte von GaAs relativ unempfindlich, um infolge ihres breiteren bandgap zu heizen. Außerdem neigen Geräte von GaAs dazu, weniger Geräusch zu haben, als Silikongeräte besonders an hohen Frequenzen. Das ist ein Ergebnis des höheren Transportunternehmens mobilities und niedrigeren widerspenstigen Geräts parasitics. Diese Eigenschaften empfehlen Schaltsystem von GaAs in Mobiltelefonen, Satellitenverkehr, Mikrowelle verbindet sich Punkt-zu-Punkt und höhere Frequenzradarsysteme. Es wird in der Fertigung von Dioden von Gunn für die Generation von Mikrowellen verwendet.

Ein anderer Vorteil von GaAs besteht darin, dass er eine direkte Band-Lücke hat, was bedeutet, dass er verwendet werden kann, um Licht effizient auszustrahlen. Silikon hat einen indirekten bandgap und ist so beim Ausstrahlen des Lichtes sehr schwach. Dennoch können neue Fortschritte Silikon-LEDs und Laser möglich machen.

Als ein breites direktes Band-Lücke-Material mit dem resultierenden Widerstand gegen den Strahlungsschaden ist GaAs ein ausgezeichnetes Material für die Raumelektronik und optische Fenster in hohen Macht-Anwendungen.

Wegen seines breiten bandgap ist reiner GaAs hoch widerspenstig. Verbunden mit der hohen dielektrischen Konstante macht dieses Eigentum GaAs, den ein sehr gutes elektrisches Substrat und verschieden von Si natürlicher Isolierung zwischen Geräten und Stromkreisen zur Verfügung stellt. Das hat es gemacht ein ideales Material für die Mikrowelle und Millimeter-Welle hat Stromkreise, MMICs integriert, wo aktive und wesentliche passive Bestandteile auf einer einzelnen Scheibe von GaAs sogleich erzeugt werden können.

Einer der ersten Mikroprozessoren von GaAs wurde am Anfang der 1980er Jahre von der RCA Vereinigung entwickelt und wurde für das Programm der Star Wars des USA-Verteidigungsministeriums betrachtet. Jene Verarbeiter waren mehrere Male schneller und mehrere Größenordnungen mehr Radiation hart als Silikonkopien, aber sie waren ziemlich teuer. Andere Verarbeiter von GaAs wurden von den Supercomputerverkäufern Cray Computer Corporation, Konvex, und Alliant in einem Versuch durchgeführt, vor dem sich jemals verbessernden CMOS Mikroprozessor zu bleiben. Cray hat schließlich eine mit Sitz in GaAs Maschine am Anfang der 1990er Jahre, des Cray-3 gebaut, aber die Anstrengung wurde nicht entsprechend kapitalisiert, und die Gesellschaft hat 1995 Konkurs angemeldet.

Komplex layered Strukturen von Gallium arsenide in der Kombination mit Aluminium arsenide (Leider) oder der Legierung AlGaAs kann mit dem molekularen Balken-Kristallwachstum (MBE) oder mit metalorganic Dampf-Phase-Kristallwachstum (MOVPE) angebaut werden. Weil GaAs und AlAs fast dasselbe unveränderliche Gitter haben, haben die Schichten sehr wenig Beanspruchung veranlasst, die ihnen erlaubt, fast willkürlich dick angebaut zu werden. Das berücksichtigt äußerst hohe Leistung hohe Elektronbeweglichkeit, HEMT Transistoren und anderes Quant gut Geräte.

Silikonvorteile

Silikon hat drei Hauptvorteile gegenüber GaAs für die einheitliche Stromkreis-Fertigung. Erstens ist Silikon reichlich und preiswert, um in einer Prozession zu gehen. Si ist in der Kruste der Erde in der Form von Silikat-Mineralen hoch reichlich. Die Wirtschaft der für die Silikonindustrie verfügbaren Skala hat auch die Adoption von GaAs reduziert.

Außerdem hat ein Si-Kristall eine äußerst stabile Struktur mechanisch, und es kann zum sehr großen Diameter boules angebaut werden und kann mit sehr hohen Erträgen bearbeitet werden. Es ist auch ein anständiger Thermalleiter, so sehr dichte Verpackung von Transistoren ermöglichend, die ihre Hitze der Operation, alle loswerden müssen, die für das Design und die Herstellung von sehr großem ICs sehr wünschenswert sind. Solche guten mechanischen Eigenschaften machen es auch ein passendes Material für das sich schnell entwickelnde Feld von nanoelectronics.

Der zweite Hauptvorteil von Si ist die Existenz eines heimischen Oxyds (Silikondioxyd), der als ein Isolator in elektronischen Geräten verwendet wird. Silikondioxyd kann auf Silikonstromkreise leicht vereinigt werden, und solche Schichten sind dem zu Grunde liegenden Si anklebend. GaAs hat kein heimisches Oxyd und unterstützt keine stabile anklebende Isolieren-Schicht leicht.

Das dritte, und vielleicht am wichtigsten, der Vorteil von Silikon besteht darin, dass es eine viel höhere Löcherbeweglichkeit besitzt. Diese hohe Beweglichkeit erlaubt die Herstellung von Hoch-GangP-Kanalfeldwirkungstransistoren, die für die CMOS Logik erforderlich sind. Weil sie an einer schnellen CMOS Struktur Mangel haben, haben Logikstromkreise von GaAs viel höheren Macht-Verbrauch, der sie unfähig gemacht hat, sich mit Silikonlogikstromkreisen zu bewerben.

Silikon hat relativ niedrige Aufnahmefähigkeit für das Sonnenlicht, das bedeutet, dass ungefähr 100 Mikrometer von Si erforderlich sind, um den grössten Teil des Sonnenlichtes zu absorbieren. Solch eine Schicht ist relativ robust und leicht zu behandeln. Im Gegensatz ist die Aufnahmefähigkeit von GaAs so hoch, dass eine entsprechende Schicht nur einige Mikrometer dick und mechanisch nicht stabil sein würde.

Silikon ist ein reines Element, die Probleme der stochiometrischen Unausgewogenheit und das Thermalunmischen von GaAs vermeidend.

Silikon hat ein fast vollkommenes Gitter, Unreinheitsdichte ist sehr niedrig und erlaubt, sehr kleine Strukturen (zurzeit unten zu 25 nm) zu bauen. GaAs hat im Gegensatz eine sehr hohe Unreinheitsdichte, die es schwierig macht, ICs mit kleinen Strukturen zu bauen, so ist der 500 Nm-Prozess ein allgemeiner Prozess für GaAs.

Andere Anwendungen

Sonnenzellen und Entdecker

Eine andere wichtige Anwendung von GaAs ist für die hohe Leistungsfähigkeit Sonnenzellen. Gallium arsenide (GaAs) ist auch bekannt als einzeln-kristallener dünner Film und wird hoch hohe Leistungsfähigkeit Sonnenzellen gekostet.

1970 wurden erste GaAs heterostructure Sonnenzellen von der Mannschaft geschaffen, die von Zhores Alferov in der UDSSR geführt ist. Am Anfang der 1980er Jahre, der Leistungsfähigkeit besten GaAs haben Sonnenzellen die von Silikonsonnenzellen, und in den 1990er Jahren GaAs übertroffen, den Sonnenzellen von Silikon als der Zelltyp übernommen haben, der meistens für die Reihe von Photovoltaic für Satellitenanwendungen verwendet ist. Später Doppel- und dreifacher Verbindungspunkt wurden Sonnenzellen, die auf GaAs mit dem Germanium und den Indium-Gallium-Phosphid-Schichten gestützt sind, als die Basis eines dreifachen Verbindungspunkts Sonnenzelle entwickelt, die eine Rekordleistungsfähigkeit von mehr als 32 % gehalten hat und auch mit dem Licht so konzentriert funktionieren kann wie 2,000 Sonnen. Diese Art der Sonnenzelle treibt den Rover-Geist und die Gelegenheit an, die die Oberfläche des Mars erforschen. Auch viele Sonnenautos verwerten GaAs in der Sonnenreihe.

Komplizierte Designs von AlGaAs-GaAs Geräten können zur Infrarotradiation (QWIP) empfindlich sein.

Dioden von GaAs können für die Entdeckung von Röntgenstrahlen verwendet werden.

Lichtemissionsgeräte

GaAs ist verwendet worden, um (nah-Infrarot)-Laserdioden seit 1962 zu erzeugen.

Monokristalle von Gallium arsenide können durch die Technik von Bridgeman verfertigt werden, weil der Prozess von Czochralski für dieses Material wegen seiner mechanischen Eigenschaften schwierig ist. Jedoch wird eine zusammengefasste Methode von Czochralski verwendet, um ultrahohe Reinheit GaAs für Halbisolatoren zu erzeugen.

GaAs wird häufig als ein Substrat-Material für das epitaxiale Wachstum anderer III-V Halbleiter verwendet einschließlich: InGaAs und GaInNAs.

Sicherheit

Die toxikologischen Eigenschaften von Gallium arsenide sind nicht gründlich untersucht worden. Einerseits, wegen seines arsenhaltigen Inhalts, wird es hoch toxisch und karzinogen betrachtet. Andererseits ist der Kristall stabil genug, dass aufgenommene Stücke mit der unwesentlichen Absorption durch den Körper passiert werden können. Wenn Boden in sehr feine Partikeln, solcher als in Oblate polierenden Prozessen, die hohe Fläche mehr Reaktion mit Wasser ermöglicht, das einen arsine und/oder aufgelöstes Arsen veröffentlicht. Die Umgebung, Gesundheit und Sicherheitsaspekte von Gallium arsenide Quellen (wie trimethylgallium und arsine) und Industriehygiene-Mithörstudien von metalorganic Vorgängern sind berichtet worden. Kalifornien verzeichnet Gallium arsenide als ein Karzinogen.

Siehe auch

• Aluminium arsenide
• Aluminiumgallium arsenide
• Arsine
• Kadmium telluride
• Gallium antimonide
• Gallium arsenide Phosphid
• Gallium-Mangan arsenide
• Gallium-Phosphid
• Gallium-Nitrid
• Emitter von Heterostructure bipolar Transistor
• Indium arsenide
• Indium-Gallium arsenide
• Indium-Phosphid
• Licht ausstrahlende Diode
• Metallhalbleiter-Feldwirkungstransistor
• MOVPE
• Mehrverbindungspunkt
• Das Photomischen
• Trimethylgallium

Links

• Einzeln-kristallener dünner Film (EERE).
• Fallstudien in der Umweltmedizin: Arsenhaltige Giftigkeit
• Physikalische Eigenschaften von Gallium arsenide (Institut von Ioffe)
• Genaue Daten auf in einer Prozession gehendem Gallium arsenide