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砷化镓是什么材料 砷化镓的应用领域

要长高 来源:网络整理 作者:网络整理 2023-02-08 16:02 次阅读

砷化镓是重要的化合物半导体材料。

外观呈亮灰色,具金属光泽、性脆而硬。常温下比较稳定。加热到873K时,外表开始生成氧化物形成氧化膜包腹。常温下,砷化镓不与盐酸、硫酸、氢氟酸等反应,但能与浓硝酸反应,也能与热的盐酸和硫酸作用。

砷化镓天然存量稀少,通常采用镓和砷直接化合的方法,其中水平区域熔炼法是普遍采用的方法。通过区域提纯便可获得单晶。

砷化镓是一种重要的半导体材料。属于第八族化合物半导体。属闪锌矿型晶格结构,化学式GaAs。黑灰色固体,熔点1238摄氏度,它在600摄氏度以下,能在空气中稳定存在,并且不被非氧化性的酸侵蚀。

砷化镓(GaAs)半导体材料与传统的硅材料相比,具有很高的电子迁移率(约为硅材料的5.7倍)以及宽禁带结构。同样条件下,它能更快地传导电流。我们可以利用砷化镓半导体材料制备微波器件,它在卫星数据传输、移动通信、GPS全球导航等领域具有关键性作用。

砷化镓半导体材料的一个重要特性是它的光电特性。由于它具有直接带隙(通过吸收或放出光子能量,电子从价带直接跃迁到导带,从而有较高发光效率)以及宽禁带等结构,它的光发射效率比硅锗等半导体材料高。它不仅可以用来制作发光二极管、光探测器,还能用来制备半导体激光器,广泛应用于光通信等领域。此外,砷化镓半导体材料还具有耐高温、低功率等特性,在卫星通讯领域有着广泛应用。

砷化镓的应用领域

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到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。

1、砷化镓在光电子方面的应用

同用其他材料制作的激光器相比,砷化镓激光器有很多优点:首先激光器件可以做得很小,如用砷化镓激光器制造的小型雷达,只有手电筒那样大,能产生1.0×10-11s脉冲和6W的功率,是一种战地条件下很有效的雷达。

2、砷化镓在微电子方面的应用

在微电子方面,以半绝缘砷化镓为基体,用直接离子注入自对准平面工艺研制的砷化镓高速数字电路、微波单片电路、光电集成电路、低噪声及大功率场效应晶体管,且有速度快、频率高、低功耗和抗辐射等特点,不仅在国防上具有重要意义,在民用和国民经济建设中更有广泛应用。3、砷化镓在通信方面的应用

半绝缘砷化镓材料主要用于高频通信器件,受到近年民用无线通信市场尤其是手机市场的拉动,半绝缘砷化镓材料的市场规模也出现了快速增长的局面。

4、砷化镓在微波方面的应用

砷化镓场效应晶体管和雪崩二极管的工作效率已经达到几十千兆周,有可能突破100千兆周,这在雷达和微波通讯方面,都有着极为重要的意义。

5、砷化镓在太阳能电池方面的应用

砷化镓太阳能电池最大效率预计可以达到23%~26%,它是目前各种类型太阳能电池中效率预计最高的一种。砷化镓太阳能电池抗辐射能力强,并且能在比较高的温度环境中工作。

砷化镓的产品特性和制备工艺

半导体材料可细分为衬底、靶材、化学机械抛光材料、光刻胶、电子湿化学品、电子特种气体、封装材料等。其中,衬底是半导体材料领域的关键材料之一。砷化镓(GaAs)作为第二代半导体衬底材料的代表,是全球用途最广泛、生产量最大的化合物半导体材料,也是继硅(Si)材料之后最重要的微电子材料之一。由于砷化镓具有本征载流子浓度低、光电特性好、电子迁移率高(是硅的5-6倍)、禁带宽度大(1.43eV,硅为1.1eV)且为直接带隙,容易制成射频器件和光电子器件,用砷化镓制成的射频器件具有高频、性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点,能够满足多种场景需求。

从20世纪50 年代开始,科学家已开发出多种砷化镓单晶生长方法,主流的生长工艺包括:液封直拉法(LEC)、水平布里奇曼法(HB)、垂直布里奇曼法(VB)以及垂直温度梯度凝固法(VGF)等。

从国内大陆地区来看,我国砷化镓行业产业链中,我国原材料较为丰富,具备较大竞争力;单晶制造环节已有较多企业布局,工艺较为成熟,主要满足国内需求,竞争力一般,直接面临国际领先企业在华工厂的竞争,比如美国AXT公司在中国布局了工厂;外延片制造环节中国大陆地区几乎空白,部分上市企业布局了LED芯片的制造,较为低端;IC设计晶圆制造封装测试等环节也主要围绕LED芯片的垂直整合,通讯元件方面的布局才刚起步,竞争力缺失。

文章综合自百度知道、chemicalbook、武汉鑫融新材料、业百科、前瞻产业研究院

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