גליום ארסניד

גליום ארסניד (נוסחה כימית: GaAs, לעיתים נהגה בעברית כ"גאס") הוא חומר מוליך למחצה מורכב מסדרת III-V, כלומר - חומר המורכב משני יסודות מהטורים השלישי (III) והחמישי (V) בטבלה המחזורית - מגליום ומארסן. חומר זה הוא מוליך למחצה, בדומה לצורן ולגרמניום (השייכים לטור הרביעי).

תא יחידה של גליום ארסניד

הגליום ארסניד הוא מוליך למחצה בעל פער אנרגיה ישיר, וזאת בניגוד לצורן ולגרמניום בעלי פער האנרגיה הלא-ישיר. תכונה זו מקנה לגליום ארסניד יתרונות במיוחד בהתקנים אלקטרואופטיים כגון לייזרים, דיודות פולטות אור (LED), תאים סולאריים ועוד. לגליום ארסניד פער אנרגיה של 1.424 אלקטרון וולט, הגבוה מזה של סיליקון (1.12 אלקטרון וולט) ושל גרמניום (0.66 אלקטרון וולט).^[1] ניתן להנדס את פער האנרגיה של גליום ארסניד באמצעות סגסוג. לדוגמה ניתן להקטין את פער האנרגיה באמצעות סגסוג של אינדיום, ולהגדיל את פער האנרגיה באמצעות סגסוג של אלומיניום.

פרוסה בקוטר 2 אינץ' של גליום ארסנייד חד-גבישי עם אוריינטציית פני-שטח (100). על גבי הפרוסה ניתן להבחין בהשתקפות של כפפת ניטריל בצבע סגול.

יישומים

תהליך ההפקה והעיבוד של גליום ארסניד הוא תהליך יקר בהשוואה לזה של הצורן (סיליקון). עם זאת, לגליום ארסניד מספר יתרונות חשובים על פני הצורן, ועל כן משתמשים בו ביישומי מיקרואלקטרוניקה ואלקטרואופטיקה מסוימים, יש לחומר יתרונות על צורן:

• מעגלי מיתוג מהירים מאוד (בקצבי מיתוג של 10 ג'יגה הרץ ומעלה).
• מעגלי הספק גבוה בתדרי רדיו ומיקרו-גל.
• מעגלי צומת מעורב (Hetero-junction) בהם נעשה שימוש בגליום ארסניד ובתרכובות אחרות של גליום-אלומיניום-ארסניד או אינדיום-אלומיניום-גליום-ארסניד.
• מעגלים אלקטרו-אופטיים, בעיקר בתחום התקשורת האופטית באורך גל 1.3 מיקרון.

התקנים אלקטרוניים

ההתקנים העיקריים שמיושמים בגליום ארסניד הם הטרנזיסטור הביפולרי והתקן ה-MES-FET על נגזרותיו. התקני MOSFET, שהובילו את שבבי הסיליקון לדומיננטיות מלאה בתחום המעבדים האלקטרוניים, הם בעייתיים ליישום בגליום ארסניד עקב הקושי להצמיד לגביש הגליום-ארסניד שכבת מבודד בעלת תכונות חשמליות מתאימות, בעוד שבסיליקון התהליך הוא קל ופשוט, בעיקר בהתבסס על תחמוצת סיליקון. לפיכך, הגליום ארסניד לא התפתח לתחום ה-VLSI ורמת האינטגרציה בו היא לרוב נמוכה. ישנם מקרים של מוצרים מסחריים, בהם קיימת דרישה לפונקציונליוּת לוגית בנוסף לרכיב גליום ארסניד. במקרים כאלה, משולבת פיסת גליום ארסניד לצד פיסת סיליקון המממשת את הפונקציה הלוגית.

עם זאת, בשנים האחרונות נעשים מאמצים רבים להנדסה של תחמוצות מתאימות על גבי גליום ארסניד ואינדיום גליום ארסניד, על מנת ליצור התקני MOSFET על בסיס מוליכים למחצה אלה. עיקר המאמצים מתמקדים בהנדסה של פני השטח בין התחמוצת למוליך למחצה על מנת לצמצם את מספר מלכודות פני השטח והמצבים האלקטרוניים, אשר פוגעים בביצועים של התקני MOSFET.

בתחילת המאה ה-21 החלה מגמה של שימוש במוליך למחצה מורכב נוסף, אינדיום-פוספיד (InP), אשר לו מספר יתרונות על פני הגליום ארסניד. ב-2005 הצליחו חוקרים לבנות התקן משולב של שני חומרים אלו כדי ליצור טרנזיסטור בעל מהירות העולה על 600 גיגה הרץ^[2]

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא גליום ארסניד בוויקישיתוף

הערות שוליים

1. מקור מקיף לפרמטרים של מוליכים למחצה
2. Indium Phosphide and Indium Gallium Arsenide Help Break 600 Gigahertz Speed Barrier כתבה מ-13 באפריל 2005