Arseniura de indiu galiu

arseniura de indiu galiu

Celulă unitară din cristale de tip zincblendă
     Ga sau In          La fel de
General

Nume sistematic		 arseniura de indiu galiu
Nume tradiționale arseniura de indiu galiu , arseniura de indiu galiu ,
arseniura de
indiu galiu ,
arseniura de indiu galiu
Chim. formulă Ga x In 1-x As
Proprietăți fizice
Masă molară variabilă, depinde
de x g/ mol
Densitate 6,06 - 0,41 x
Proprietati termice
Temperatura
 •  topirea 942 până la 1240 °C
Proprietăți chimice
Constanta dielectrică 8 - 12
Structura
Geometria coordonării tetraedric
Structură cristalină

cub,

tip sfalerit
Siguranță
NFPA 704 NFPA 704 diamant în patru culori unu 2 unu
Datele se bazează pe condiții standard (25 °C, 100 kPa), dacă nu este menționat altfel.

Arseniura de galiu-indiu (alte denumiri: arseniura de indiu-galiu, arseniura de indiu-galiu, arseniura de indiu -galiu , arseniura de galiu -indiu etc.) este un compus triplu de arsen cu indiu trivalent și galiu, un compus de compoziție variabilă, compoziția este exprimată prin formula chimică Ga x In 1-x As . Aici, parametrul x ia valori de la 0 la 1 și arată numărul relativ de atomi de galiu și indiu din compus. La x=1, formula corespunde arseniurii de galiu (GaAs), la x=0, arseniurii de indiu (InAs).

În literatură, parametrul x, unde nu există ambiguitate, este de obicei omis, iar formula GaInAs implică tocmai acest compus cu compoziția variabilă specificată. Într-un sens mai restrâns, denumirea GaInAs se referă la cea mai studiată compoziție cu formula Ga 0,47 În 0,53 As , acest lucru este de obicei menționat explicit. Uneori, în literatură, se găsește denumirea acestui compus InGaAs.

Compusul este un semiconductor cu mobilitate ridicată a purtătorului de sarcină . Folosit ca material semiconductor pentru a crea dispozitive cu microunde , LED-uri , lasere semiconductoare , fotosenzori , celule fotovoltaice , de obicei în heterostructuri .

Istoria obținerii și studiului

Pentru prima dată, filmele monocristaline InGaAs au fost obținute de TP Pearsall în 1976. Ca substrat, cercetătorul a folosit un singur cristal de fosfură de indiu și a aplicat metoda epitaxiei în fază gazoasă . El a studiat, de asemenea, proprietățile semiconductoarelor sale, cum ar fi mobilitățile, mase efective de purtător , band gap și alte proprietăți fundamentale ale InGaAs. În 1978, T.P. Peirsol a demonstrat pentru prima dată o diodă pin eficientă din InGaAs, iar în 1980, o fotodiodă unipolară realizată din același compus.

În prezent (2012), ambele tipuri de aceste dispozitive sunt utilizate pe scară largă în tehnologia fibrei optice .

Proprietăți fizice

InGaAs sunt cristale gri, aproape negre, cu un luciu metalic . Temperatura de topire variază în funcție de compoziție (x) de la 942°C (pentru InAs) la 1240°C (pentru GaAs). Compusul bine studiat Ga 0,47 In 0,53 As se topește la aproximativ 1100°C.

Structura cristalină

Sistemul cristalin al InGaAs este cubic, ca blenda de zinc ( sphalerite ). Grup spațial de simetrie T d 2 -F35m. Constanta rețelei L depinde de parametrul x și este descrisă de formula empirică:

L \u003d 0,606 - 0,041 x ( nm ).

Constanta rețelei a arsenidei de galiu (GaAs) este diferită cu doar 0,08% de cea a germaniului . Înlocuirea a doar 1,5% din Ga în GaAs cu In asigură o potrivire constantă a rețelei aproape perfectă, ceea ce reduce tensiunile în filmele de Ge crescute pe GaAs sau filmele GaAs pe Ge și reduce concentrația de dislocații, capcane de sarcină și stări de suprafață. O modalitate alternativă de a potrivi constantele rețelei este de a dopa Ge cu siliciu (Si) (aproximativ 1%).

Proprietăți optice și semiconductoare

Proprietățile semiconductoarelor și optice depind puternic de raportul dintre In și Ga.

Intervalul de bandă E g la 300 K se schimbă ușor în funcție de x de la 0,354 eV pentru InAs la 1,42 eV pentru GaAs în conformitate cu formula empirică :

E g \u003d 0,354 + 0,63 x + 0,43 x 2 (eV).

Prezența indiului în acest compus determină „bidimensionalitatea” densității purtătorilor de sarcină.

Compoziția compusului Ga 0,47 In 0,53 As are o limită de absorbție în domeniul infraroșu (IR) de 1,68 μm. Creșterea concentrației de indiu în compus modifică această limită la 2,6 μm. Cu o creștere excesivă a concentrației de In în comparație cu Ga, posibilitatea unor tensiuni mecanice în filmul epitaxial crește din cauza nepotrivirii constantelor rețelei în timpul creșterii pe un monocristal de InP. Pentru a evita acest lucru, trebuie luate măsuri suplimentare.

Obținerea

Filmele epitaxiale InGaAs sunt de obicei crescute pe substraturi prin epitaxie în fază gazoasă dintr-un amestec rarefiat de gaze, de exemplu, trimetilgaliu , trimetilindiu și arzină , iar parametrul x din acest proces poate fi controlat prin modificarea concentrațiilor de trimetilgaliu și trimetilindiu din gaz. :

2 Ga(CH3 )3 + 2 In(CH3 ) 3 + 2 AsH3 → 2 InGaAs + 3 C2H6 + 6 CH4 .

Filmele InGaAs sunt, de asemenea, obținute prin epitaxie cu fascicul molecular :

4 Ga + 4 In + As 4 → 4 GaInAs.

Fosfura de indiu monocristal (InP) este de obicei folosită ca substrat. Pentru a se potrivi cu parametrii rețelei, acesta din urmă este supus la solicitări mecanice [1] .

Proprietăți chimice

GaInAs este un compus relativ inert. Reacționează cu apa și acizii pentru a elibera arsenă , formând astfel hidroxizi (cu apă) sau sărurile corespunzătoare (cu acizi). Pentru a simplifica coeficienții, este prezentată interacțiunea apei cu conținutul echiatomic de galiu și indiu, care corespunde formulei Ga 0,5 În 0,5 As:

GaInAs2 + 6 H20 → Ga(OH) 3 + In(OH) 3 + 2 AsH3 ;

Este oxidat de oxigen la oxizi metalici trivalenți și, în funcție de condițiile de oxidare, la arsen elementar sau oxizi de arsenic.

Aplicație

GaInAs este folosit ca material în crearea de dispozitive electronice pentru electronice cu curent ridicat, electronice cu microunde , receptoare optice și emițători în gama IR. Are avantaje față de siliciu și arseniura de galiu datorită mobilității mai mari a purtătorilor de sarcină.

Variind compoziția (x), este posibilă optimizarea spectrelor de emisie și a sensibilității receptoarelor în IR apropiat, care este utilizat în tehnologiile de transmisie a datelor prin fibră optică folosind radiații IR cu o lungime de undă de 1300 și 1550 nm.

Pe baza acestui material, se fabrică tranzistori cu microunde , în special, sa raportat că a fost creat un tranzistor cu mobilitate ridicată a electronilor (HEMT) (HPE) pe baza heterostructurii InP-InGaAs, a cărei frecvență de operare este record și a depășit 600. GHz [2] .

GaInAs înlocuiește germaniul ca material pentru fabricarea detectorilor aproape IR, deoarece are un curent de întuneric mult mai scăzut și este utilizat în unele camere cu infraroșii aproape.

De asemenea, InGaAs are mai puțin zgomot de avalanșă în comparație cu germaniul, în fotodiodele de avalanșă , unde este folosit ca strat de avalanșă.

Promite utilizarea GaInAs ca corp de lucru al laserelor semiconductoare care funcționează la lungimi de undă de 905 nm, 980 nm, 1060 nm și 1300 nm.

Punctele cuantice din GaInAs într-o matrice GaAs au fost studiate din punct de vedere al aplicațiilor în lasere.

Compusul Ga 0,47 In 0,53 As poate fi utilizat ca strat intermediar cu o bandgap mai mare în celulele fotovoltaice multistrat , deoarece datorită potrivirii excelente a constantelor sale rețelei cu germaniul, densitatea de dislocare scade și, prin urmare, eficiența celulei crește.

Toxicitate și nocivitate

Din acest punct de vedere, GaInAs nu a fost suficient studiat. Se știe că praful compusului provoacă iritații ale pielii, ochilor și plămânilor. De asemenea, atunci când interacționează cu apa sau acizii, se eliberează arsenă foarte otrăvitoare. Aspecte ale sănătății și securității ocupaționale în procesul de epitaxie a gazelor, care utilizează compuși precum trimetilgaliu și arsina, sunt descrise în recenzie [3] .

Vezi și

Note

  1. ↑ Ce este InGaAs?  (link indisponibil)
  2. ↑ Tranzistorul InP și InGaAs întrerupe 600 GHz Arhivat din original pe 4 ianuarie 2006.
  3. ↑ Shenai-Khatkhate, DV; Goyette, RJ; DiCarlo, R. L. Jr.; Dripps, G. Probleme de mediu, sănătate și siguranță pentru sursele utilizate în MOVPE Growth of Compound Semiconductors  //  Journal of Crystal Growth : journal. - 2004. - Vol. 272 , nr. 1-4 . - P. 816-821 . - doi : 10.1016/j.jcrysgro.2004.09.007 .

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii