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化合物 来自维基百科,自由的百科全书
砷化鎵(化學式:GaAs)是鎵和砷兩種元素所合成的化合物,也是重要的IIIA族、VA族化合物半导体材料,用來製作微波積體電路[a]、紅外線發光二極體、半导体激光器和太陽電池等元件。
砷化鎵 | |
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IUPAC名 Gallium arsenide | |
识别 | |
CAS号 | 1303-00-0 ? |
SMILES |
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性质 | |
化学式 | GaAs |
摩尔质量 | 144.645 g·mol⁻¹ |
外观 | 灰色立方晶体 |
密度 | 5.316 g/cm3[1] |
熔点 | 1238 °C (1511 K) |
溶解性(水) | < 0.1 g/100 ml (20 °C) |
能隙 | 1.424 eV300 K |
电子迁移率 | 8500 cm2/(V*s) (300 K) |
熱導率 | 0.55 W/(cm*K) (300 K) |
折光度n D |
3.3 |
结构 | |
晶体结构 | 闪锌矿结构 |
空间群 | T2d-F-43m |
配位几何 | 四面体 |
分子构型 | 直线形 |
危险性 | |
欧盟危险性符号 | |
警示术语 | R:R23/25-R50/53 |
安全术语 | S:S1/2-S20/21-S28-S45-S60-S61 |
MSDS | MSDS |
NFPA 704 | |
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。 |
GaAs化合物半导体特别适合应用于无线通信中的高频传输领域,现在越来越多被应用于射频前端器件,这是因为GaAs化合物半导体电子迁移率比传统的硅快,且具有抗干扰、低噪声与耐高电压、耐高温与高频使用等特性,在4G与5G时代有高度需求。[2]
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。 采用间接的方法也可获得砷化镓。如一氯化镓用砷蒸气还原来制备砷化镓;Ga(CH3)3和AsH3在一定温度下,发生热分解得到砷化镓。
因為砷化鎵和砷化鋁(AlAs)的晶格常數幾乎一樣,可以利用分子束外延(molecular beam epitaxy, MBE)或有機金屬氣相磊晶 (metal-organic vapour phase epitaxy,MOVPE,也稱做有機金屬化學氣相沉積法),在砷化鎵上輕易地形成異質的結構,生長出砷化鋁或砷化鋁鎵(AlxGa1-xAs)合金;且因為生長出的合金層應力小,所以幾乎可以任意調整生長厚度。
砷化鎵的另一個重要應用是高效率的太陽電池。1970年時,Zhores Alferov和他的團隊在蘇聯做出第一個砷化鎵異質結構的太陽電池[5][6][7]。用砷化鎵、Ge和InGaP三種材料做成的三接面太陽電池有32%以上的效率,且可以操作在2,000 suns下的劇烈強光。這種太陽電池曾運用在美國NASA探測火星表面的機器人勇气号火星探测器(Spirit Rover)和机遇号(Opportunity Rover),且許多太空載具的太陽電池板陣列都是出於砷化鎵。
利用布里奇曼-史托巴格法(Bridgman–Stockbarger technique)可以製造出砷化鎵的單晶,因為砷化鎵的力學特性,所以柴可拉斯基法(Czochralski process)很難運用在砷化鎵材料的製作。
砷化鎵的毒性至今仍沒有被很完整的研究。因為它含有砷,經研究指出,砷是有毒的,也是一種致癌物質。但因為砷化鎵的晶體很穩定,所以如果身體吸收了少量,其實是可以忽略的(指「短時間」,長時間仍有累積成生物毒性,需要不定期體檢)。當要做晶圓抛光製程(晶圓使表面微粒變小)時,表面的區域會和水起反應,釋放或分解出少許的砷。就環境、健康和安全等方面來看砷化鎵(就像是三甲基鎵和砷)時,及有機金屬前驅物的工業衛生監控研究,都最近指出以上的觀點。[8]
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