砷化鎵

二元化合物砷化鎵 (GaAs) 是一種半導體材料，可以是半導體材料（摻雜元素周期表第 II、IV 或 VI 族元素）或半絕緣材料（未摻雜）。 在這種襯底材料上構建的連接和外延層是生產高頻應用中使用的電子元件以及將電信號轉換為光信號所必需的。

摩爾質量：144.64 g mol

密度：5.31 克厘米

熔點：1238℃

溶解度：不溶于水

砷化鎵晶格參數a = 5.653?，每個晶胞有四個公式單元，與鋅的結構同型混合。 晶體結構由兩個嵌套的面心立方晶格（球體的立方最密堆積）組成，它們由鎵（III 族）或砷（V 族）原子組成，并且移動了空間對角線的四分之一立方晶胞相對于彼此。因此，鎵原子占據了砷原子堆積中四面體空隙的一半，反之亦然。砷化鎵是一種本征直接型半導體，在室溫（300 K）下帶隙為1.424 eV。該化合物的密度為5.315 g/cm3，熔點為1238 °C。

在基礎研究和半導體工業中，GaAs主要用于生產半導體異質結構的鋁鎵砷材料體系。 由陶瓷制成的組件的傳輸頻率比由硅制成的同類組件高大約十倍。 它們表現出較低的噪聲，并且用其構建的電路比它們的直接硅等效物具有較低的功率要求。 水泥是高頻技術中使用的高電子遷移率晶體管和耿氏二極管的基礎材料。 由此可以構建低噪聲高頻放大器 (LNA)，這些放大器可用于移動電話、衛星通信或雷達系統等領域。

此外，砷化鎵用于借助激光或表面發射激光器通過光纖網絡發送信息，并為衛星提供太陽能電池（光伏）的能量。 在日常生活中，水泥用于紅外線到黃色的光和激光二極管。

砷化鎵在研究中的另一個應用是它在逆光電子能譜中用作光陰極，其中砷化鎵可用于產生電子束的自旋極化。

光纖溫度測量也是砷化鎵的一個應用領域。在這里，光纖傳感器的玻璃纖維尖端配備了砷化鎵晶體，評估其改變其位置的特性帶邊緣在溫度的影響下。

盡管如此，硅化硅還未能取代硅成為更多日常應用的大容量半導體。 造成這種情況的主要原因是與極為常見的元素硅相比，更稀有的原材料鎵和砷的價格要高得多，而且單晶生產技術也更為復雜。 這種高技術努力也限制了結晶陶瓷單晶的質量和直徑。 此外，與硅化硅相比，在硅中創建絕緣區域（主要以二氧化硅的形式）更容易。 由于與硅相比，GaAs 的導電缺陷電子（所謂的“空穴”）的遷移率明顯較低，因此無法在 GaAs 中實現良好的 p 溝道場效應晶體管，因此在 GaAs 中不可能實現 CMOS 電路技術； 這逆轉了 GaAs 在許多應用中的能量優勢。

有毒的砷被用于生產砷化鎵。 GaAs 生產過程中的揮發性、有毒中間產物，例如 GaAs 蝕刻過程中形成的砷酸，也是有問題的。

砷化鎵單晶（晶體生長）的生產是通過蒸氣壓控制的坩堝提拉工藝從兩種元素鎵和砷的熔體中產生的，例如液體封裝直拉法或垂直梯度冷凍工藝（LEC 或 VGF 工藝）。 現有技術是直徑為 150 毫米的晶圓，由此證明了制造直徑為 200 毫米的晶圓的可能性。GaAs 或 AlGaAs 層可以在適當的襯底上外延生產，這些層也是單晶。 這通常以大約 1 μm/h 的速度發生，具體取決于外延工藝。