Indium galliumarsenid

indium galliumarsenid

Enhetscell av kristaller av zinkblendetyp
     Ga eller In          Som
Allmän
Systematiskt
namn		 indium galliumarsenid
Traditionella namn indium gallium arsenid ,
indium gallium arsenid ,
indium gallium arsenid ,
gallium indium arsenid
Chem. formel Ga x In 1-x As
Fysikaliska egenskaper
Molar massa variabel, beror
på x g/ mol
Densitet 6,06 - 0,41 x
Termiska egenskaper
Temperatur
 •  smältning 942 till 1240 °C
Kemiska egenskaper
Dielektricitetskonstanten 8 - 12
Strukturera
Koordinationsgeometri tetraedrisk
Kristallstruktur

kubisk,

typ sfalerit
Säkerhet
NFPA 704 NFPA 704 fyrfärgad diamant ett 2 ett
Data baseras på standardförhållanden (25 °C, 100 kPa) om inget annat anges.

Gallium-indiumarsenid (andra namn: indiumgalliumarsenid , indium-galliumarsenid , indium-galliumarsenid , galliumindiumarsenid , etc.) är en trippelförening av arsenik med trevärt indium och gallium, en förening med varierande sammansättning, sammansättningen är uttrycks med den kemiska formeln Ga x In 1-x As . Här tar x-parametern värden från 0 till 1 och visar det relativa antalet gallium- och indiumatomer i föreningen. Vid x=1 motsvarar formeln galliumarsenid (GaAs), vid x=0, indiumarsenid (InAs).

I litteraturen är parametern x, där det inte finns någon tvetydighet, vanligtvis utelämnad, och GaInAs-formeln antyder just denna förening med den specificerade variabla sammansättningen. I en snävare mening avser beteckningen GaInAs den mest studerade sammansättningen med formeln Ga 0,47 I 0,53 As brukar detta uttryckligen anges. Ibland, i litteraturen, finns beteckningen för denna förening InGaAs.

Sammansättningen är en halvledare med hög laddningsbärarrörlighet . Används som ett halvledarmaterial för att skapa mikrovågsenheter , lysdioder , halvledarlasrar , fotosensorer , fotovoltaiska celler , vanligtvis i heterostrukturer .

Historia om att skaffa och studera

För första gången erhölls enkristall -InGaAs-filmer av TP Pearsall 1976. Som substrat använde forskaren en enkristall av indiumfosfid och tillämpade metoden för gasfasepitaxi . Han studerade också dess halvledaregenskaper såsom rörlighet, effektiva bärarmassor , bandgap och andra grundläggande egenskaper hos InGaAs. 1978 visade T.P. Peirsol först en effektiv stiftdiod gjord av InGaAs, och 1980 en unipolär fotodiod gjord av samma förening.

Nuförtiden (2012) används båda typerna av dessa enheter i stor utsträckning inom fiberoptisk teknik.

Fysiska egenskaper

InGaAs är grå, nästan svarta kristaller med en metallisk glans . Smälttemperaturen varierar beroende på sammansättningen (x) från 942°C (för InAs) till 1240°C (för GaAs). Den väl studerade föreningen Ga 0,47 In 0,53 As smälter vid ca 1100°C.

Kristallstruktur

Kristallsystemet av InGaAs är kubiskt, som zinkblandning ( sfalerit ) . Rymdgrupp av symmetri T d 2 -F35m. Gitterkonstanten L beror på parametern x och beskrivs med den empiriska formeln:

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

Gitterkonstanten för galliumarsenid (GaAs) skiljer sig endast 0,08 % från den för germanium . Ersättningen av endast 1,5 % av Ga i GaAs mot In ger nästan perfekt gitterkonstantmatchning, vilket minskar spänningarna i odlade Ge-filmer på GaAs eller GaAs-filmer på Ge och minskar koncentrationen av dislokationer, laddningsfällor och yttillstånd. Ett alternativt sätt att matcha gitterkonstanterna är att dopa Ge med kisel (Si) (cirka 1%).

Halvledare och optiska egenskaper

Halvledare och optiska egenskaper beror starkt på förhållandet mellan In och Ga.

Bandgapet E g vid 300 K ändras smidigt beroende på x från 0,354 eV för InAs till 1,42 eV för GaAs i enlighet med den empiriska formeln :

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

Det är närvaron av indium i denna förening som bestämmer "tvådimensionaliteten" hos tätheten av laddningsbärare.

Sammansättningen Ga 0,47 In 0,53 As har en absorptionsgräns i det infraröda området (IR) på 1,68 μm. Genom att öka koncentrationen av indium i föreningen flyttas denna gräns till 2,6 μm. Med en överdriven ökning av koncentrationen av In jämfört med Ga, ökar möjligheten för mekaniska spänningar i den epitaxiella filmen på grund av att gitterkonstanterna inte passar ihop under tillväxt på en InP-enkristall. För att undvika detta måste ytterligare åtgärder vidtas.

Får

InGaAs-epitaxialfilmer odlas vanligtvis på substrat genom gasfas-epitaxi från en förtätad blandning av gaser, till exempel trimetylgallium , trimetylindium och arsin , och x-parametern i denna process kan kontrolleras genom att ändra koncentrationerna av trimetylgallium och trimetylindium i gasen :

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

InGaAs-filmer erhålls också genom molekylär strålepitaxi :

4 Ga + 4 In + As 4 → 4 GaInAs.

Enkristallindiumfosfid (InP) används vanligtvis som substrat. För att matcha gitterparametrarna utsätts de senare för mekanisk påfrestning [1] .

Kemiska egenskaper

GaInAs är en relativt inert förening. Reagerar med vatten och syror för att frigöra arsin , vilket bildar hydroxider (med vatten) eller motsvarande salter (med syror). För att förenkla koefficienterna visas växelverkan mellan vatten och det ekviatomära innehållet av gallium och indium, vilket motsvarar formeln Ga 0,5 In 0,5 As:

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

Det oxideras av syre till trevärda metalloxider och, beroende på oxidationsförhållandena, till elementär arsenik eller arsenikoxider.

Applikation

GaInAs används som material i skapandet av elektroniska enheter för högströmselektronik, mikrovågselektronik , optiska mottagare och sändare inom IR-området. Det har fördelar jämfört med kisel och galliumarsenid på grund av den större rörligheten hos laddningsbärare.

Genom att variera sammansättningen (x) är det möjligt att optimera mottagarnas emissionsspektra och känslighet i nära IR, som används i fiberoptiska dataöverföringsteknologier med IR-strålning med en våglängd på 1300 och 1550 nm.

Baserat på detta material tillverkas mikrovågstransistorer , i synnerhet rapporterades att en transistor med hög elektronmobilitet (HEMT) (HPE) skapades baserat på InP-InGaAs-heterostrukturen, vars driftsfrekvens är rekordstor och översteg 600 GHz [2] .

GaInAs ersätter germanium som material för tillverkning av nära-IR-detektorer, eftersom det har en mycket lägre mörkström och används i vissa nära-IR-kameror.

InGaAs har också mindre lavinljud jämfört med germanium, i lavinfotodioder , där det används som ett lavinskikt.

Det är lovande att använda GaInAs som en fungerande kropp av halvledarlasrar som arbetar vid våglängder på 905 nm, 980 nm, 1060 nm och 1300 nm.

Kvantprickar från GaInAs i en GaAs-matris har studerats utifrån tillämpningar i lasrar.

Ga 0,47 In 0,53 As-föreningen kan användas som ett mellanskikt med ett större bandgap i flerskikts solceller , eftersom på grund av den utmärkta matchningen av dess gitterkonstanter med germanium minskar dislokationsdensiteten och därmed celleffektiviteten ökar.

Toxicitet och skadlighet

Ur denna synvinkel har GaInAs inte studerats tillräckligt. Dammet i föreningen är känt för att orsaka hud-, ögon- och lungirritation. Vid interaktion med vatten eller syror frigörs också mycket giftigt arsin. Aspekter av arbetshälsa och säkerhet i processen för gasepitaxi, som använder föreningar som trimetylgallium och arsin, beskrivs i översikten [3] .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Vad är InGaAs?  (inte tillgänglig länk)
  2. ↑ InP och InGaAs transistor bryter 600 GHz Arkiverad från originalet den 4 januari 2006.
  3. ↑ Shenai-Khatkhate, DV; Goyette, RJ; DiCarlo, R.L. Jr.; Dripps, G. Miljö-, hälso- och säkerhetsfrågor för källor som används i MOVPE Growth of Compound Semiconductors  //  Journal of Crystal Growth : journal. - 2004. - Vol. 272 , nr. 1-4 . - s. 816-821 . - doi : 10.1016/j.jcrysgro.2004.09.007 .

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk