Indium galliumarsenid

indium galliumarsenid

Enhedscelle af zinkblende-type krystaller
     Ga eller In          Som
Generel
Systematisk
navn		 indium galliumarsenid
Traditionelle navne indium gallium arsenid ,
indium gallium arsenid ,
indium gallium arsenid ,
gallium indium arsenid
Chem. formel Ga x In 1-x As
Fysiske egenskaber
Molar masse variabel, afhænger
af x g/ mol
Massefylde 6,06 - 0,41 x
Termiske egenskaber
Temperatur
 •  smeltning 942 til 1240 °C
Kemiske egenskaber
Den dielektriske konstant 8 - 12
Struktur
Koordinationsgeometri tetraedrisk
Krystal struktur

kubisk,

sphalerit type
Sikkerhed
NFPA 704 NFPA 704 firfarvet diamant en 2 en
Data er baseret på standardbetingelser (25 °C, 100 kPa), medmindre andet er angivet.

Gallium-indium arsenid (andre navne: indium gallium arsenid , indium-gallium arsenid , indium-gallium arsenid , gallium indium arsenid , etc.) er en tredobbelt forbindelse af arsen med trivalent indium og gallium, en forbindelse med variabel sammensætning, sammensætningen er udtrykt ved den kemiske formel Ga x In 1-x As . Her tager x-parameteren værdier fra 0 til 1 og viser det relative antal gallium- og indiumatomer i forbindelsen. Ved x=1 svarer formlen til galliumarsenid (GaAs), ved x=0 til indiumarsenid (InAs).

I litteraturen er parameteren x, hvor der ikke er nogen tvetydighed, sædvanligvis udeladt, og GaInAs-formlen indebærer netop denne forbindelse med den specificerede variable sammensætning. I en snævrere forstand refererer betegnelsen GaInAs til den mest undersøgte sammensætning med formlen Ga 0,47 I 0,53 As er dette normalt eksplicit angivet. Nogle gange findes betegnelsen for denne forbindelse InGaAs i litteraturen.

Sammensætningen er en halvleder med høj ladningsbærermobilitet . Anvendes som et halvledermateriale til at skabe mikrobølgeenheder , LED'er , halvlederlasere , fotosensorer , fotovoltaiske celler , normalt i heterostrukturer .

Historie om at opnå og studere

For første gang blev enkeltkrystal InGaAs-film opnået af TP Pearsall i 1976. Som et substrat brugte forskeren en enkelt krystal af indiumphosphid og anvendte metoden med gasfase-epitaksi . Han studerede også dens halvlederegenskaber såsom mobiliteter, effektive bæremasser , båndgab og andre grundlæggende egenskaber ved InGaAs. I 1978 demonstrerede T.P. Peirsol første gang en effektiv stiftdiode lavet af InGaAs, og i 1980 en unipolær fotodiode lavet af samme forbindelse.

I dag (2012) er begge typer af disse enheder meget udbredt i fiberoptisk teknologi.

Fysiske egenskaber

InGaAs er grå, næsten sorte krystaller med en metallisk glans . Smeltetemperaturen varierer afhængigt af sammensætningen (x) fra 942°C (for InAs) til 1240°C (for GaAs). Den velundersøgte forbindelse Ga 0,47 In 0,53 As smelter ved ca. 1100°C.

Krystalstruktur

Krystalsystemet af InGaAs er kubisk, ligesom zinkblanding ( sphalerit ) . Rumgruppe af symmetri T d 2 -F35m. Gitterkonstanten L afhænger af parameteren x og beskrives med den empiriske formel:

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

Gitterkonstanten for galliumarsenid (GaAs) er kun 0,08% forskellig fra germaniums . Substitutionen af ​​kun 1,5 % af Ga i GaAs til In giver næsten perfekt gitterkonstant matchning, hvilket reducerer spændinger i dyrkede Ge-film på GaAs eller GaAs-film på Ge og reducerer koncentrationen af ​​dislokationer, ladningsfælder og overfladetilstande. En alternativ måde at matche gitterkonstanterne på er at dope Ge med silicium (Si) (ca. 1%).

Halvleder og optiske egenskaber

Halvleder og optiske egenskaber afhænger stærkt af forholdet mellem In og Ga.

Båndgabet E g ved 300 K skifter jævnt afhængigt af x fra 0,354 eV for InAs til 1,42 eV for GaAs i overensstemmelse med den empiriske formel :

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

Det er tilstedeværelsen af ​​indium i denne forbindelse, der bestemmer "todimensionaliteten" af tætheden af ​​ladningsbærere.

Forbindelsessammensætningen Ga 0,47 In 0,53 As har en absorptionsgrænse i det infrarøde område (IR) på 1,68 μm. Forøgelse af koncentrationen af ​​indium i forbindelsen flytter denne grænse til 2,6 μm. Med en overdreven stigning i koncentrationen af ​​In sammenlignet med Ga, øges muligheden for mekaniske spændinger i den epitaksiale film på grund af uoverensstemmelsen mellem gitterkonstanterne under vækst på en InP-enkeltkrystal. For at undgå dette skal der træffes yderligere foranstaltninger.

Henter

InGaAs-epitaksiale film dyrkes sædvanligvis på substrater ved gasfase-epitaksi fra en sjælden blanding af gasser, for eksempel trimethylgallium , trimethylindium og arsin , og x-parameteren i denne proces kan kontrolleres ved at ændre koncentrationerne af trimethylgallium og trimethylindium i gassen :

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

InGaAs-film opnås også ved molekylær stråleepitaksi :

4 Ga + 4 In + As 4 → 4 GaInAs.

Single-crystal indium phosphid (InP) bruges normalt som et substrat. For at matche gitterparametrene udsættes sidstnævnte for mekanisk belastning [1] .

Kemiske egenskaber

GaInAs er en relativt inert forbindelse. Reagerer med vand og syrer for at frigive arsin og danner således hydroxider (med vand) eller de tilsvarende salte (med syrer). For at forenkle koefficienterne vises vekselvirkningen mellem vand og det ækviatomære indhold af gallium og indium, hvilket svarer til formlen Ga 0,5 I 0,5 As:

GaInAs2 + 6 H2O → Ga(OH) 3 + In(OH) 3 + 2 AsH3 ;

Det oxideres af oxygen til trivalente metaloxider og, afhængigt af oxidationsbetingelserne, til elementært arsen eller arsenoxider.

Ansøgning

GaInAs bruges som materiale i skabelsen af ​​elektroniske enheder til højstrømselektronik, mikrobølgeelektronik , optiske modtagere og emittere i IR-området. Det har fordele i forhold til silicium og galliumarsenid på grund af ladningsbærernes større mobilitet.

Ved at variere sammensætningen (x) er det muligt at optimere emissionsspektrene og følsomheden af ​​modtagere i den nære IR, som bruges i fiberoptiske datatransmissionsteknologier ved hjælp af IR-stråling med en bølgelængde på 1300 og 1550 nm.

Baseret på dette materiale fremstilles mikrobølgetransistorer , især blev det rapporteret, at en transistor med høj elektronmobilitet (HEMT) (HPE) blev skabt baseret på InP-InGaAs heterostrukturen, hvis driftsfrekvens er rekordstor og oversteg 600 GHz [2] .

GaInAs erstatter germanium som materiale til fremstilling af nær-IR-detektorer, da det har en meget lavere mørkestrøm og bruges i nogle nær-IR-kameraer.

Også InGaAs har mindre lavine-støj sammenlignet med germanium, i lavinefotodioder , hvor det bruges som lavinelag.

Det er lovende at bruge GaInAs som en arbejdsgruppe af halvlederlasere , der opererer ved bølgelængder på 905 nm, 980 nm, 1060 nm og 1300 nm.

Kvanteprikker fra GaInAs i en GaAs-matrix er blevet undersøgt ud fra applikationer i lasere.

Ga 0,47 In 0,53 As-forbindelsen kan bruges som et mellemlag med et større båndgab i flerlags fotovoltaiske celler, da på grund af den fremragende matchning af dets gitterkonstanter med germanium falder dislokationstætheden, og derved øges celleeffektiviteten.

Toksicitet og skadelighed

Fra dette synspunkt er GaInAs ikke blevet tilstrækkeligt undersøgt. Støvet af forbindelsen er kendt for at forårsage hud-, øjne- og lungeirritation. Også, når det interagerer med vand eller syrer, frigives meget giftig arsin. Aspekter af arbejdsmiljø og sikkerhed i processen med gasepitaksi, som bruger forbindelser som trimethylgallium og arsin, er beskrevet i gennemgangen [3] .

Se også

Noter

  1. ↑ Hvad er InGaAs?  (utilgængeligt link)
  2. ↑ InP og InGaAs transistor bryder 600 GHz Arkiveret fra originalen den 4. januar 2006.
  3. ↑ Shenai-Khatkhate, DV; Goyette, RJ; DiCarlo, R.L. Jr.; Dripps, G. Environment, Health and Safety Issues for Sources Used in MOVPE Growth of Compound Semiconductors  //  Journal of Crystal Growth : journal. - 2004. - Bd. 272 , nr. 1-4 . - s. 816-821 . - doi : 10.1016/j.jcrysgro.2004.09.007 .

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier