Gallium-arzenid

Veszély H301, H331, H410, P261, P301, P304, P310, P321, P340, P405, P501, H301 : Lenyelve mérgező
H331 : Belélegezve mérgező
H410 : Nagyon mérgező a vízi élővilágra, hosszan tartó károsodást okoz
P261 : Kerülje a por / füst / gáz / köd / gőzök / permet belélegzését.
P301 : Lenyelés esetén:
P304 : Belélegzés után :
P310 : Azonnal forduljon TOXIKOLÓGIAI KÖZPONTHOZ vagy orvoshoz.
P321 : Specifikus kezelés (lásd ... ezen a címkén) .
P340 : Az áldozatot vigyük friss levegőre, és tartsuk nyugalmi helyzetben, kényelmes légzésre.
P405 : Zárva tárolandó .
P501 : A tartalmat / edényzetet ártalmatlanítani ...

NFPA 704

1 3 2 W

Más információ

toxikus, bomlik Arzén (nagyon mérgező)

Szállítás

1557

Kemler-kód:
66 : nagyon mérgező anyag
ENSZ-szám :
1557 : SZILÁRD arzénvegyület, NSA, szervetlen, különösen: arsenátok, nos, arzenitek nos és arzén-szulfidok, nos
Osztály:
6.1
Címke: 6.1 : Mérgező anyagok Csomagolás: I. csomagolási csoport : nagyon veszélyes áruk ;

1557

Kemler-kód:
60 : mérgező vagy kisebb mértékű toxicitást mutató anyag
ENSZ-szám :
1557 : SZILÁRD arzénvegyület, NSA, szervetlen, különösen: arsenátok, nosok, arzenitek, nos és arzén-szulfidok, nos
Osztály:
6.1
Címke: 6.1 : Mérgező anyagok Csomagolás: II / III. csomagolási csoport : közepes / alacsony veszély.

IARC osztályozás

1. csoport: Emberre rákkeltő

Egység SI és STP hiányában.

A gallium-arzenid egy kémiai vegyület a tapasztalati képlete GaAs családjába tartozó a félvezető III - V . Ez az anyag egy közvetlen hézagban lévő félvezető , amelynek kristályszerkezete köbös típusú szfalerit (cink keverék).

Ezt alkalmazzák elsősorban termelő alkatrészek mikrohullámú , a mikrohullámú monolit integrált áramkörök , alkatrészek, optoelektronikai , a fénykibocsátó diódák a infravörös , az lézer diódák , a napelemek és az optikai ablakok. GaAs azt mondják, hogy „ a III - V ”, mert a gallium és az arzén találhatók rendre csoportban 13 és 15-ös csoport a a periódusos rendszer , korábbi nevén oszlop III B és oszlop V B, és ezért a három és öt vegyérték elektronok .

A gallium-arsenidet általában más III - V-k, például az indium-gallium-arsenid In x Ga 1 - x As epitaxiális növekedésének szubsztrátjaként használják.és alumínium-gallium-arzenid Al x Ga 1 - x As.

Kristályos szerkezet

Gallium-arzenid egy blende- mint kristályszerkezete , az egyik kristályforma a cink-szulfid ZnS. Tekintettel arra, hogy a atomok a gallium elfoglalják a csomópontok egy hálózati -centered köbös (CFC), az atomok arzén foglalnak négy a nyolc tetraéderes helyek a háló - és fordítva.

Gyártás

A gallium-arsenid közvetlenül előállítható a tiszta arzén és a gallium közvetlen reakciójával , ezt az elvet számos ipari folyamatban használják:

az úgynevezett Vertical Gradient Freeze (VGF) eljárás biztosítja a gallium-arzenid ostyák nagy részének előállítását ;
a Bridgman-Stockbarger eljárás , amelynek során a gallium és az arzén gőzei reagálnak és a vízszintes kemence leghidegebb részén magkristályra telepednek;
a LEC ( Liquid Encapsulated Czochralski ) módszer, amelyet félig szigetelő tulajdonságokkal rendelkező nagy tisztaságú egykristályok előállítására használnak .

A vékony GaAs filmek kialakításának egyéb módszerei a következők :

a gőzfázisú epitaxia ( VPE ) a gáz formában lévő gallium és az arzén-triklorid AsCl 3 között :

2 Ga + 2 Ascl 3→ 2 GaAs + 3 Cl 2 ;

a fémszerves gőzfázisú epitaxia ( MOCVD ) a trimetil-gallium Ga (CH 3 ) 3 közöttés arzinnal hamu 3 :

Ga (CH 3 ) 3+ AsH 3→ GaAs + 3 CH 4 ;

a gallium molekuláris nyaláb-epitaxiája ( MBE ) és az arzén :

4 Ga + As 4 → 4 GaAs, vagy: 2 Ga + As 2 → 2 GaAs.

Az iparban a gallium-arsenid nedves maratását oxidálószerrel, például hidrogén-peroxiddal vagy brómozott vízzel végezzük .

A gallium-arzén oxidálható a levegőben, ami rontja félvezetői teljesítményét. A felületét passziválni lehet úgy, hogy egy köbméteres gallium (II) -szulfid GaS- réteget rakunk rá.

Félszigetelő kristályok

A gallium-arsenid növekedése az arzénfelesleg jelenlétében kristályhibák , különösen antiszitek - ebben az esetben arzénatomok - foglalják el a rács rácsos galliumatomjaihoz rendelt helyeit . Az elektronikus tulajdonságait ezek a hibák rögzítse a Fermi szint majdnem a közepén a sávú , így az anyag alacsony koncentrációja minden töltéshordozók , mind az elektronok és a lyukak . Az anyag ezért hasonlít egy belső félvezetőhöz (dopping nélkül), de a gyakorlatban sokkal könnyebben beszerezhető. Ezek a kristályok azt mondják, hogy félig szigetelő, hivatkozva a ellenállása a 10⁷ hogy 10⁹ ohm · cm , jelentősen magasabb, mint egy félvezető, de sokkal alacsonyabb, mint egy szigetelő, például üveg.

GaAs-Szilícium összehasonlítások

A gallium-arsenid előnyei

A gallium-arsenid néhány elektromos tulajdonsággal rendelkezik, amely felülmúlja a szilíciumét :

nagyobb az elektronok telítési sebessége, és ezek nagyobb mobilitással rendelkeznek, ami lehetővé teszi, hogy 250 GHz feletti frekvenciákon működjön ;
A GaAs technológiai eszközök kevesebb zajt generálnak magas frekvenciákon, mint a szilícium alapú eszközök;
nagyobb energiával is működhetnek , a nagyobb megszakítási feszültség miatt .
van egy közvetlen rést , ami azt kiváló opto-elektronikai tulajdonságai

Ezek a tulajdonságok azt jelentik, hogy a gallium-arzenid felhasználható, különösen hordozható telefonok áramköreinek gyártásához , műholdas kommunikációhoz, mikrohullámú technológiához, valamint bizonyos radareszközökhöz . A gallium-arzenidet a Gunn-dióda gyártásához is használják .

A gallium-arsenid másik előnye a közvetlen rése (ellentétben a szilíciummal, amelynek közvetett rése van), amely lehetővé teszi a fény kibocsátását (a szilícium nagyon kevés fényt bocsát ki, még akkor is, ha a legújabb technológiai fejlődés lehetővé tette, hogy LED-eket vagy lézereket készítsenek ).

A gallium-arzenid tulajdonságai, különösen kapcsolási sebessége miatt ideális anyagnak tűnt, főleg számítógépes alkalmazásokhoz. Az 1980-as években sokan úgy vélték, hogy a mikroelektronikai piacot végül a gallium-arzén uralja majd, helyettesítve a szilíciumot. Az evolúció első kísérletét a Cray Research , a Convex és az Alliant szuperszámítógép- gyártók tették meg. Cray kifejlesztett egy gallium-arzén gépet, a cray-3-at, de a pénzügyi kutatások nem voltak elegendők, és a vállalat 1995-ben csődbe ment.

A szilícium előnyei

A szilíciumnak három fő előnye van a gallium-arzeniddel szemben.

Először is, különösen bőséges (az oxigén után a Földön a leggyakoribb elem ).

A szilícium második előnye a természetes oxid, a szilícium-dioxid (SiO 2) jelenléte), kiváló szigetelő. Ezt a szigetelőt könnyen meg lehet növeszteni a szilícium oxidálásával a tranzisztor kapujává. Ez az előny azonban kevésbé nyilvánvaló az új technológiák esetében, amikor a tranzisztoros kaput egy másik, nagyobb dielektromos állandóval rendelkező dielektrikum váltja fel. A gallium-arsenid nem rendelkezik azonos tulajdonságú természetes oxiddal.

A harmadik előny vitathatatlanul a legfontosabb. A minőségi gallium-arzén P-csatornás térhatású tranzisztorok hiánya nem teszi lehetővé a CMOS technológia megvalósítását , míg a szilíciummal a P és N tranzisztorok könnyen előállíthatók kapuként.

Ezek az okok és magasabb költségei azt jelentik, hogy a gallium-arsenid a legtöbb alkalmazásban nem pótolta a szilíciumot.

A szilícium kevésbé törékeny, mint a gallium-arsenid: ennélfogva nagyobb ostyákat készíthetünk szilíciumban, mint a gallium-arsenidben (jelenleg a szilícium esetében 300 mm átmérőig , míg a gallium arsenidnél 150 mm-ig ).

Megjegyzések és hivatkozások

számított molekulatömege a „ atomsúlya a Elements 2007 ” on www.chem.qmul.ac.uk .
IARC munkacsoportja az embert érintő rákkeltő kockázatok értékelésével , " Evaluations Globales de la Carcinogenicité pour l'Homme, 1. csoport: Carcinogens pour les Humans " [ archívum 2008. november 28] , http://monographs.iarc.fr , IARC,2009. január 16(megtekintés : 2009. augusztus 22. )
"Gallium arsenide" bejegyzés az IFA (a munkavédelemért felelős német testület) GESTIS kémiai adatbázisába ( német , angol ), 2011. szeptember 14. (JavaScript szükséges)
(en) SJ Moss, A. Ledwith, A félvezetőipar kémiája , Springer,1987, 426 p. ( ISBN 978-0-216-92005-7 )
(in) Lesley intelligens és Elaine A. Moore, Solid State Chemistry: Bevezetés , CRC Press,2005( ISBN 978-0-7487-7516-3 )
(in) MR Brozel és a GE Stillman tulajdonságai gallium arzenid , IEEE Inspec,1996, 981 p. ( ISBN 978-0-85296-885-7 )
(in) AR Barron, MB Power AN MacInnes AFHepp, PP Jenkins, Kémiai gőzleválasztás fémorganikus egyetlen Juventa (en) US 5,300,320 (1994) számú szabadalom

Lásd is

Kapcsolódó cikkek

Külső linkek

en) Biztonsági adatlap