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陈成洲

有趣的数学数论同余公式a^b≡G(mod9)G(根数)所有循环周期表发现者陈成洲

 
 
 

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砷化镓   

2016-06-14 23:15:15|  分类: 引载 |  标签: |举报 |字号 订阅

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砷化镓


一种重要的半导体材料。属Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体。化学式GaAs,分子量144.63,属闪锌矿型晶格结构,晶格常数5.65×10-10m,熔点1237℃,禁带宽度1.4电子伏。砷化镓于1964年进入实用阶段。砷化镓可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材料,用来制作集成电路衬底、红外探测器、γ光子探测器等。
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简介
砷化镓
一种重要的半导体材料。属Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体。化学式GaAs,分子量144.63,属闪锌矿型晶格结构,晶格常数5.65×10-10m,熔点1237℃,禁带宽度1.4电子伏。砷化镓于1964年进入实用阶段。砷化镓可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材料,用来制作集成电路衬底、红外探测器、γ光子探测器等。由于其电子迁移率比硅大5~6倍,故在制作微波器件和高速数字电路方面得到重要应用。用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。此外,还可以用于制作转移器件──体效应器件。砷化镓是半导体材料中,兼具多方面优点的材料,但用它制作的晶体三极管的放大倍数小,导热性差,不适宜制作大功率器件。虽然砷化镓具有优越的性能,但由于它在高温下分解,故要生长理想化学配比的高纯的单晶材料,技术上要求比较高。[1]

砷化镓
ChemKoo IDCK00354084
产品名称;砷化镓
产品别名;砷化镓;砷化镓, 99.999% (METALS BASIS)
英文名称;GALLIUM ARSENIDE
英文别名;galliumarsenide(gaas);galliumarsenide[gaas];galliummonoarsenide;GALLIUM ARSENIDE;Gallium arsenide (99.9999% Ga) PURATREM 25mm and down polycrystalline pieces;Gallium arsenide wafer;Galliumarsenidemmanddownpolycrystallinepieces;GALLIUM ARSENIDE, SINGLE CRYSTAL SUBSTR&
分子式:AsGa
分子量:144.64CAS
登录号:1303-00-0EINECS
登录号:215-114-8[2]
砷化镓物理化学性质
熔点 :1238°C
密度: 5.31 g/mL at 25 °C(lit.)
Merck: 14,4347
外观: pieces

砷化镓



砷化镓安全数据
安全说明 S20/21;S28;S45;S60;S61
危险类别码 R23/25;R50/53
危险品运输编号 UN 1557 6.1/PG 2
HazardClass: 6.1
PackingGroup : II
TSCA :Yes
F: 10
RTECS号 : LW8800000
WGK Germany: 3

砷化镓节能灯



砷化镓应用、合成及其它
毒性分级
中毒

砷化镓


急性毒性
腹腔-大鼠LD30: 10000 毫克/公斤; 腹腔-小鼠LD50: 4700 毫克/公斤
可燃性危险特性
可燃;燃烧产生有毒砷化物烟雾
储运特性
库房通风低温干燥
灭火剂
干粉、泡沫、砂土、二氧化碳, 雾状水
职业标准
CL 0.002 (砷)/立方米/15分
用途
用作半导体材料
类别
有毒物品 [2]

砷化镓基本属性
规 格 砷化镓
传输范围 (微米) 1.0-22
折射指数@,10微米 3.277
查看完整表格


砷化镓单晶生产技术

砷化镓聚焦镜
中国掌握“半导体贵族”砷化镓单晶生产技术   
作为第二代半导体,砷化镓单晶因其价格昂贵而素有“半导体贵族”之称。中国科学家宣布已掌握一种生产这种材料的新技术,使中国成为继日本、德国之后掌握这一技术的又一国家。 北京有色金属研究总院宣布,国内成功拉制出了第一根直径4英寸的VCZ半绝缘砷化镓单晶。   
据专家介绍,砷化镓可在一块芯片上同时处理光电数据,因而被广泛应用于遥控、手机、DVD计算机外设、照明等诸多光电子领域。另外,因其电子迁移率比硅高6倍,砷化镓成为超高速、超高频器件和集成电路的必需品。它还被广泛使用于军事领域,是激光制导导弹的重要材料,曾在海湾战争中大显神威,赢得“砷化镓打败钢铁”的美名。 据悉,砷化镓单晶片的价格大约相当于同尺寸硅单晶片的20至30倍。尽管价格不菲,目前国际上砷化镓半导体的年销售额仍在10亿美元以上。在“十五”计划中,我国将实现该产品的产业化,以占据国际市场。[1]
砷化镓晶片发展前景
2010年5月,新一期英国《自然》杂志报告说,美国研究人员研发出一种可批量生产砷化镓晶片的技术,克服了成本上的瓶颈,从而使砷化镓这种感光性能比硅更优良的材料有望大规模用于半导体和太阳能相关产业。   
美国伊利诺伊大学等机构研究人员报告说,他们开发出的新技术可以生成由砷化镓和砷化铝交叠的多层晶体,然后利用化学物质使砷化镓层分离出来,可同时生成多层砷化镓晶片,大大降低了成本。这些砷化镓晶片可以像“盖章”那样安装到玻璃或塑料等材料表面,然后可使用已有技术进行蚀刻,根据需要制造半导体电路或太阳能电池板。   
不过,该技术目前还只能用于批量生产较小的砷化镓晶片,如边长500微米的太阳能电池单元。下一步研究将致力于利用新技术批量生产更大的砷化镓晶片。[3]
砷化镓太阳能电池

砷化镓电池
中文名称:砷化镓太阳能电池
英文名称:gallium arsenide solar cell
定义:以砷化镓为基体材料的太阳能电池。
所属学科:电力(一级学科);可再生能源(二级学科)
一、砷化镓电池基本介绍
近年来,太阳能光伏发电在全球取得长足发展。常用光伏电池一般为多晶硅和单晶硅电池,然而由于原材料多晶硅的供应能力有限,加上国际炒家的炒作,导致国际市场上多晶硅价格一路攀升,最近一年来,由于受经济危机影响,价格有所下跌,但这种震荡的现状给光伏产业的健康发展带来困难。目前,技术上解决这一困难的途径有两条:一是采用薄膜太阳电池,二是采用聚光太阳电池,减小对原料在量上的依赖程度。常用薄膜电池转化率较低,因此新型的高倍聚光电池系统受到研究者的重视。聚光太阳电池是用凸透镜或抛物面镜把太阳光聚焦到几倍、几十倍,或几百倍甚至上千倍,然后投射到太阳电池上。这时太阳电池可能产生出相应倍数的电功率。它们具有转化率高,电池占地面积小和耗材少的优点。高倍聚光电池具有代表性的是砷化镓(GaAs)太阳电池。
GaAs属于III-V族化合物半导体材料,其能隙与太阳光谱的匹配较适合,且能耐高。与硅太阳电池相比,GaAs太阳电池具有较好的性能。[2]
二、砷化镓电池与硅光电池的比较

1、光电转化率:

砷化镓的禁带较硅为宽,使得它的光谱响应性和空间太阳光谱匹配能力较硅好。目前,硅电池的理论效率大概为23%,而单结的砷化镓电池理论效率达到27%,而多结的砷化镓电池理论效率更超过50%。

2、耐性

常规上,砷化镓电池的耐性要好于硅光电池,有实验数据表明,砷化镓电池在250℃的条件下仍可以正常工作,但是硅光电池在200℃就已经无法正常运行。

3、机械强度和比重

砷化镓较硅质在物理性质上要更脆,这一点使得其加工时比容易碎裂,所以,目前常把其制成薄膜,并使用衬底(常为Ge[锗]),来对抗其在这一方面的不利,但是也增加了技术的复杂度。
三、砷化镓电池的技术发展现状
1、历程
GaAs太阳电池的发展是从上世纪50年代开始的,至今已有已有50多年的历史。1954年世界上首次发现GaAs材料具有光伏效应。在1956年,LoferskiJ.J.和他的团队探讨了制造太阳电池的最佳材料的物性,他们指出Eg在1.2~1.6eV范围内的材料具有最高的转换效率。(GaAs材料的Eg=1.43eV,在上述高效率范围内,理论上估算,GaAs单结太阳电池的效率可达27%)。20世纪60年代,Gobat等研制了第1个掺锌GaAs太阳电池,不过转化率不高,仅为9%~10%,远低于27%的理论值。20世纪70年代,IBM公司和前苏联Ioffe技术物理所等为代表的研究单位,采用LPE(液相外延)技术引入GaAlAs异质窗口层,降低了GaAs表面的复合速率,使GaAs太阳电池的效率达16%。不久,美国的HRL(HughesResearchLab)及Spectrolab通过改进了LPE技术使得电池的平均效率达到18%,并实现了批量生产,开创了高效率砷化镓太阳电池的新时代[4]。

从上世纪80年代后,GaAs太阳电池技术经历了从LPE到MOCVD,从同质外延到异质外延,从单结到多结叠层结构的几个发展阶段,其发展速度日益加快,效率也不断提高,目前实验室最高效率已达到50%(来自IBM公司数据),产业生产转化率可达30%以上。
2、几项基本技术介绍

GaAs生产方式有别于传统的硅晶圆生产方式,GaAs生产需要采用磊晶技术,这种磊晶圆的直径通常为4―6英寸,比硅晶圆的12英寸要小得多,因此,制备其磊晶圆需要特殊的机台。目前,常用于GaAs制备的技术有几种,主要有LPE和MOVPE等。

2.1LPE技术介绍

液相外延技术(LiquidPhaseEpitaxy,简称LPE)1963年由Nelson等人提出的,在GaAs的生产中,其以低熔点的Ga)镓)为溶剂,以待生长材料Ga、As(砷)和掺杂剂Zn(锌)、Te(碲)、Sn(锡)等
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