Indium-gallium-arzenid

indium-gallium-arzenid

Cinkkeverék típusú kristályok egységcellája
     Ga vagy In          Mint
Tábornok
Szisztematikus
név		 indium-gallium-arzenid
Hagyományos nevek indium-gallium-arzenid ,
indium-gallium-arzenid ,
indium-gallium-arzenid ,
gallium-indium-arzenid
Chem. képlet Ga x In 1-x As
Fizikai tulajdonságok
Moláris tömeg változó,
x g/ mol -tól függ
Sűrűség 6,06 - 0,41 x
Termikus tulajdonságok
Hőfok
 •  olvadás 942-1240 °C
Kémiai tulajdonságok
A dielektromos állandó 8-12
Szerkezet
Koordinációs geometria tetraéderes
Kristályos szerkezet

kocka alakú,

szfalerit típus
Biztonság
NFPA 704 NFPA 704 négyszínű gyémánt egy 2 egy
Az adatok standard körülményeken (25 °C, 100 kPa) alapulnak, hacsak nincs másképp jelezve.

A gallium-indium-arzenid (más nevek: indium-gallium-arzenid , indium-gallium-arzenid , indium-gallium-arzenid , gallium-indium-arzenid stb.) az arzén hármas vegyülete három vegyértékű indiummal és galliummal, változó összetételű vegyület, az összetétel a Ga x In 1-x As kémiai képlettel kifejezve . Itt az x paraméter 0 és 1 közötti értékeket vesz fel, és a vegyületben lévő gallium- és indiumatomok relatív számát mutatja. Az x=1-nél a képlet gallium-arzenidnek (GaAs), x=0-nál az indium-arzenidnek (InAs) felel meg.

Az irodalomban az x paramétert, ahol nincs kétértelműség, általában elhagyják, és a GaInAs képlet pontosan ezt a meghatározott változó összetételű vegyületet jelenti. Szűkebb értelemben a GaInAs megjelölés a legtöbbet vizsgált összetételre utal, amelynek képlete Ga 0,47 In 0,53 As , ezt általában kifejezetten kimondják. Néha az irodalomban megtalálható ennek a vegyületnek az InGaAs megnevezése.

A vegyület nagy töltéshordozó mobilitású félvezető . Félvezető anyagként használják mikrohullámú készülékek , LED -ek , félvezető lézerek , fényérzékelők , fotovoltaikus cellák létrehozására, általában heterostruktúrákban .

A megszerzés és a tanulás története

Először 1976-ban a TP Pearsall nyert egykristályos InGaAs filmeket . Szubsztrátként a kutató indium-foszfid egykristályát használta, és a gázfázisú epitaxiás módszert alkalmazta . Tanulmányozta a félvezető tulajdonságait is, mint például a mobilitást, az effektív hordozótömegeket , a sávközt és az InGaA egyéb alapvető tulajdonságait. 1978-ban T.P. Peirsol először mutatott be egy hatékony tűs InGaAs-diódát, 1980-ban pedig egy ugyanebből a vegyületből készült unipoláris fotodiódát .

Napjainkban (2012) ezeknek az eszközöknek mindkét típusát széles körben használják a száloptikai technológiában.

Fizikai tulajdonságok

Az InGaA-k szürke, majdnem fekete kristályok, fémes fényűek . Az olvadási hőmérséklet az összetételtől függően (x) 942 °C (InAs) és 1240 °C (GaAs) között változik. A jól tanulmányozott Ga 0,47 In 0,53 As vegyület körülbelül 1100 °C-on olvad.

Kristályszerkezet

Az InGaAs kristályrendszere köbös, mint a cinkkeverék ( sfalerit ) . T d 2 -F35m szimmetria tércsoport. Az L rácsállandó az x paramétertől függ, és a következő tapasztalati képlettel írjuk le:

L = 0,606-0,041 x ( nm ).

A gallium-arzenid (GaAs) rácsállandója csak 0,08%-kal tér el a germániumétól . A GaAs-ban csak 1,5%-os Ga helyettesítése az In-re szinte tökéletes rácsállandó illeszkedést biztosít, ami csökkenti a feszültségeket a GaAs-on kifejlett Ge-filmekben vagy a Ge-on lévő GaAs-filmekben, és csökkenti a diszlokációk, töltéscsapdák és felületi állapotok koncentrációját. A rácsállandók egyeztetésének másik módja a Ge szilícium (Si) (körülbelül 1%) adalékolása.

Félvezető és optikai tulajdonságok

A félvezető és az optikai tulajdonságok erősen függnek az In és Ga arányától.

Az Eg sávszélesség 300 K -en x függvényében simán változik 0,354 eV -ról InAs esetén 1,42 eV-ra GaAs esetén a tapasztalati képlet szerint :

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

Ebben a vegyületben az indium jelenléte határozza meg a töltéshordozók sűrűségének "kétdimenziósságát".

A Ga 0,47 In 0,53 As vegyület összetételének abszorpciós határa az infravörös tartományban (IR) 1,68 μm. Az indium koncentrációjának növelése a vegyületben ezt a határt 2,6 µm-re tolja el. Az In koncentrációjának Ga-hoz viszonyított túlzott növekedésével az epitaxiális filmben megnő a mechanikai feszültségek lehetősége a rácsállandók eltérése miatt az InP egykristályon történő növekedés során. Ennek elkerülése érdekében további intézkedéseket kell tenni.

Getting

Az InGaAs epitaxiális filmeket általában gázfázisú epitaxiával növesztik szubsztrátumokon ritka gázkeverékből, például trimetilgalliumból , trimetilindiumból és arzinból , és ebben a folyamatban az x paraméter szabályozható a gázban lévő trimetilgallium és trimetilindium koncentrációjának változtatásával. :

2 Ga(CH 3 ) 3 + 2 In(CH 3 ) 3 + 2 AsH 3 → 2 InGaAs + 3 C 2 H 6 + 6 CH 4 .

Az InGaAs filmeket molekuláris nyaláb epitaxiával is nyerik :

4 Ga + 4 In + As 4 → 4 GaInAs.

Szubsztrátként általában egykristályos indium-foszfidot (InP) használnak. A rácsparaméterek megfeleltetése érdekében az utóbbit mechanikai igénybevételnek vetjük alá [1] .

Kémiai tulajdonságok

A GaInAs egy viszonylag inert vegyület. Vízzel és savakkal reagál, és arzin szabadul fel , így hidroxidok (vízzel) vagy megfelelő sók (savakkal) képződnek. Az együtthatók egyszerűsítése érdekében a víz kölcsönhatása a gallium és az indium egyenatomi tartalmával látható, ami a Ga 0,5 In 0,5 As képletnek felel meg:

GaInAs 2 + 6 H 2 O → Ga(OH) 3 + In(OH) 3 + 2 AsH 3 ;

Oxigén hatására háromértékű fém-oxidokká, illetve az oxidációs körülményektől függően elemi arzénná vagy arzén-oxidokká oxidálódik.

Alkalmazás

A GaInAs-t anyagként használják nagyáramú elektronikai elektronikai eszközök, mikrohullámú elektronikai eszközök, optikai vevők és IR tartományú emitterek létrehozásához. Előnyei vannak a szilíciummal és a gallium-arzeniddel szemben a töltéshordozók nagyobb mobilitása miatt.

Az összetétel (x) változtatásával optimalizálható a vevők emissziós spektruma és érzékenysége a közeli IR-ben, amelyet az 1300 és 1550 nm hullámhosszú infravörös sugárzást alkalmazó száloptikai adatátviteli technológiákban alkalmaznak.

Ezen anyag alapján mikrohullámú tranzisztorokat gyártanak , különösen arról számoltak be, hogy az InP-InGaAs heterostruktúra alapján egy nagy elektronmobilitású tranzisztort (HEMT) (HPE) hoztak létre , amelynek működési frekvenciája rekordot döntött és meghaladta a 600-at. GHz [2] .

A GaInAs a germániumot váltja fel a közeli infravörös detektorok gyártásához, mivel sokkal alacsonyabb a sötétáram , és egyes közeli infravörös kamerákban használják.

Az InGaAs-nak is kisebb a lavinazaj a germániumhoz képest a lavina fotodiódákban , ahol lavinarétegként használják.

Ígéretes a GaInAs 905 nm, 980 nm, 1060 nm és 1300 nm hullámhosszon működő félvezető lézerek munkatesteként történő felhasználása .

A GaInAs-ból származó kvantumpontokat egy GaAs mátrixban a lézeres alkalmazások szempontjából tanulmányozták.

A Ga 0,47 In 0,53 As vegyület nagyobb sávszélességű köztes rétegként használható többrétegű fotovoltaikus cellákban, mivel rácsállandóinak kiváló illeszkedése miatt a germániummal csökken a diszlokációs sűrűség, és ezáltal nő a cella hatékonysága.

Toxicitás és ártalmasság

Ebből a szempontból a GaInAs-t nem vizsgálták kellőképpen. A vegyület poráról ismert, hogy bőr-, szem- és tüdőirritációt okoz. Ezenkívül vízzel vagy savakkal való kölcsönhatás során nagyon mérgező arzin szabadul fel. A trimetilgalliumot és az arzint használó gázepitaxia során a munkaegészségügyi és -biztonsági szempontokat az áttekintés ismerteti [3] .

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Mi az InGaAs?  (nem elérhető link)
  2. ↑ Az InP és InGaAs tranzisztor 600 GHz-en szakad . Archiválva az eredetiről 2006. január 4-én.
  3. ↑ Shenai-Khatkhate, DV; Goyette, RJ; DiCarlo, R. L. Jr.; Dripps, G. Környezetvédelmi, egészségügyi és biztonsági kérdések a MOVPE Growth of Compound Semiconductors során használt forrásokhoz  //  Journal of Crystal Growth : folyóirat. - 2004. - 20. évf. 272. sz . 1-4 . - P. 816-821 . - doi : 10.1016/j.jcrysgro.2004.09.007 .

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák