Indium gallium arsenid

indium gallium arsenid

Jednotková buňka krystalů typu zincblende
     Ga nebo In          Tak jako
Všeobecné
Systematický
název		 indium gallium arsenid
Tradiční jména indium gallium arsenid ,
indium gallium arsenid ,
indium gallium arsenid ,
gallium indium arsenid
Chem. vzorec Ga x In 1-x As
Fyzikální vlastnosti
Molární hmotnost proměnná, závisí
na x g/ mol
Hustota 6,06 - 0,41 x
Tepelné vlastnosti
Teplota
 •  tání 942 až 1240 °C
Chemické vlastnosti
Dielektrická konstanta 8-12
Struktura
Koordinační geometrie čtyřstěnný
Krystalická struktura

krychlový,

typ sfaleritu
Bezpečnost
NFPA 704 NFPA 704 čtyřbarevný diamant jeden 2 jeden
Údaje jsou založeny na standardních podmínkách (25 °C, 100 kPa), pokud není uvedeno jinak.

Gallium-indium arsenid (jiné názvy: indium gallium arsenide , indium-gallium arsenide , indium-gallium arsenide , gallium indium arsenide , atd.) je trojsloučenina arsenu s trojmocným indiem a galiem, sloučenina různého složení, složení je vyjádřeno chemickým vzorcem Ga x In 1-x As . Zde parametr x nabývá hodnot od 0 do 1 a ukazuje relativní počet atomů gallia a india ve sloučenině. Při x=1 vzorec odpovídá arsenidu galia (GaAs), při x=0 arsenidu india (InAs).

V literatuře se parametr x, kde není jednoznačnost, obvykle vynechává a vzorec GaInAs implikuje právě tuto sloučeninu zadaného proměnlivého složení. V užším slova smyslu se označení GaInAs vztahuje k nejstudovanějšímu složení se vzorcem Ga 0,47 In 0,53 As , obvykle se to výslovně uvádí. Někdy se v literatuře nachází označení této sloučeniny InGaAs.

Sloučenina je polovodič s vysokou mobilitou nosiče náboje . Používá se jako polovodičový materiál pro vytváření mikrovlnných zařízení , LED diod , polovodičových laserů , fotosenzorů , fotovoltaických článků, obvykle v heterostrukturách .

Historie získávání a studia

Poprvé byly monokrystalické filmy InGaAs získány společností TP Pearsall v roce 1976. Jako substrát výzkumník použil monokrystal fosfidu india a použil metodu epitaxe v plynné fázi . Studoval také jeho polovodičové vlastnosti, jako je pohyblivost, efektivní nosné hmotnosti , zakázané pásmo a další základní vlastnosti InGaAs. V roce 1978 T.P. Peirsol poprvé předvedl účinnou pinovou diodu vyrobenou z InGaAs a v roce 1980 unipolární fotodiodu vyrobenou ze stejné sloučeniny.

V současné době (2012) jsou oba typy těchto zařízení široce používány v technologii optických vláken .

Fyzikální vlastnosti

InGaA jsou šedé, téměř černé krystaly s kovovým leskem . Teplota tání se mění v závislosti na složení (x) od 942 °C (pro InAs) do 1240 °C (pro GaAs). Dobře studovaná sloučenina Ga 0,47 In 0,53 As taje při asi 1100 °C.

Krystalová struktura

Krystalový systém InGaAs je krychlový, jako směs zinku ( sfalerit ). Prostorová grupa symetrie T d 2 -F35m. Mřížková konstanta L závisí na parametru x a je popsána empirickým vzorcem:

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

Mřížková konstanta arsenidu galia (GaAs) se od germania liší pouze o 0,08 % . Náhrada pouze 1,5 % Ga v GaAs za In poskytuje téměř dokonalé mřížkové konstantní přizpůsobení, což snižuje napětí v rostoucích Ge filmech na GaAs nebo GaAs filmech na Ge a snižuje koncentraci dislokací, nábojových pastí a povrchových stavů. Alternativní způsob, jak sladit mřížkové konstanty, je dopovat Ge křemíkem (Si) (asi 1 %).

Polovodičové a optické vlastnosti

Polovodičové a optické vlastnosti silně závisí na poměru In a Ga.

Pásmová mezera Eg při 300 K se plynule mění v závislosti na x od 0,354 eV pro InAs do 1,42 eV pro GaAs v souladu s empirickým vzorcem :

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

Právě přítomnost india v této sloučenině určuje „dvourozměrnost“ hustoty nosičů náboje.

Složení sloučeniny Ga 0,47 In 0,53 As má limit absorpce v infračervené oblasti (IR) 1,68 μm. Zvýšení koncentrace india ve sloučenině posouvá tuto hranici na 2,6 µm. S nadměrným zvýšením koncentrace In ve srovnání s Ga se zvyšuje možnost mechanických napětí v epitaxním filmu v důsledku nesouladu mřížkových konstant během růstu na InP monokrystalu. Aby se tomu zabránilo, je třeba přijmout další opatření.

Získání

Epitaxní filmy InGaAs se obvykle pěstují na substrátech epitaxí v plynné fázi ze zředěné směsi plynů, například trimethylgallium , trimethylindium a arsin , a parametr x v tomto procesu lze řídit změnou koncentrací trimethylgallia a trimethylindia v plynu. :

2 Ga(CH 3 ) 3 + 2 In(CH 3 ) 3 + 2 AsH 3 -> 2 InGaAs + 3 C 2H 6 + 6 CH4 .

InGaAs filmy se také získávají epitaxí molekulárního paprsku :

4 Ga + 4 In + As 4 → 4 GaInAs.

Jako substrát se obvykle používá monokrystalický fosfid india (InP). Aby odpovídala parametrům mřížky, je tato vystavena mechanickému namáhání [1] .

Chemické vlastnosti

GaInAs je relativně inertní sloučenina. Reaguje s vodou a kyselinami za uvolňování arsinu , čímž vytváří hydroxidy (s vodou) nebo odpovídající soli (s kyselinami). Pro zjednodušení koeficientů je znázorněna interakce vody s ekviatomárním obsahem galia a india, což odpovídá vzorci Ga 0,5 In 0,5 As:

GaInAs 2 + 6 H20 -> Ga(OH) 3 + In(OH) 3 + 2 AsH3 ;

Kyslíkem se oxiduje na oxidy trojmocných kovů a v závislosti na oxidačních podmínkách na elementární oxidy arsenu nebo arsenu.

Aplikace

GaInAs se používá jako materiál při tvorbě elektronických zařízení pro silnoproudou elektroniku, mikrovlnnou elektroniku, optické přijímače a vysílače v IR oblasti. Oproti křemíku a arsenidu galia má výhody díky větší pohyblivosti nosičů náboje.

Změnou složení (x) je možné optimalizovat emisní spektra a citlivost přijímačů v blízkém IR, což se používá v technologiích přenosu dat pomocí optických vláken využívajících IR záření o vlnové délce 1300 a 1550 nm.

Na základě tohoto materiálu jsou vyráběny mikrovlnné tranzistory , konkrétně bylo oznámeno, že byl vytvořen tranzistor s vysokou pohyblivostí elektronů (HEMT) (HPE) na bázi heterostruktury InP-InGaAs, jehož pracovní frekvence je rekordní a přesahuje 600 GHz [2] .

GaInAs nahrazuje germanium jako materiál pro výrobu blízkých IR detektorů, protože má mnohem nižší temný proud a používá se v některých blízkých IR kamerách.

Také InGaAs má menší lavinový šum ve srovnání s germaniem v lavinových fotodiodách , kde se používá jako lavinová vrstva.

Slibné je využití GaInAs jako pracovního tělesa polovodičových laserů pracujících na vlnových délkách 905 nm, 980 nm, 1060 nm a 1300 nm.

Kvantové tečky z GaInAs v matici GaAs byly studovány z hlediska aplikací v laserech.

Sloučenina Ga 0,47 In 0,53 As může být použita jako mezivrstva s větší bandgap ve vícevrstvých fotovoltaických článcích, protože díky vynikajícímu přizpůsobení jejích mřížkových konstant s germaniem klesá hustota dislokací a tím se zvyšuje účinnost článku.

Toxicita a škodlivost

Z tohoto pohledu nebyl GaInAs dostatečně prozkoumán. Je známo, že prach sloučeniny způsobuje podráždění kůže, očí a plic. Také při interakci s vodou nebo kyselinami se uvolňuje velmi jedovatý arsin. Aspekty bezpečnosti a ochrany zdraví při práci v procesu plynové epitaxe, který využívá sloučeniny jako trimethylgallium a arsin, jsou popsány v přehledu [3] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Co je InGaAs?  (nedostupný odkaz)
  2. ↑ Tranzistor InP a InGaAs láme 600 GHz Archivováno z originálu 4. ledna 2006.
  3. ↑ Shenai-Khatkhate, DV; Goyette, RJ; DiCarlo, R. L. Jr.; Dripps, G. Otázky životního prostředí, zdraví a bezpečnosti pro zdroje používané v MOVPE Growth of Compound Semiconductors  //  Journal of Crystal Growth : journal. - 2004. - Sv. 272 , č.p. 1-4 . - S. 816-821 . - doi : 10.1016/j.jcrysgro.2004.09.007 .

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie