Арсенид галлия
Общие сведения
Арсенид галлия представляет собой химическое соединение галлия и мышьяка с химической формулой GaAs. Данное вещество является третьим по масштабам использования полупроводниковым материалом в современной промышленности, уступая лишь кремнию и германию. Материал обладает рядом уникальных преимуществ, делающих его незаменимым в тех областях, где характеристик кремния оказывается недостаточно, несмотря на то, что использование арсенида галлия обходится значительно дороже.
Свойства и характеристики
Физически арсенид галлия представляет собой темно-серые кристаллы, обладающие металлическим блеском с характерным фиолетовым оттенком. Температура плавления материала составляет около 1238 градусов. С точки зрения физики твердого тела, данное соединение является прямозонным полупроводником с шириной запрещенной зоны 1,424 электронвольта. По сравнению с кремнием, арсенид галлия обладает меньшей теплопроводностью, однако приборы на его основе характеризуются меньшим уровнем шума и способностью работать при значительно больших электрических мощностях. Важным физическим свойством также является высокая радиационная стойкость. Химически соединение демонстрирует высокую стабильность. При комнатной температуре на воздухе оно не реагирует с кислородом и парами воды, сохраняя устойчивость при нагревании вплоть до 600 градусов. При воздействии растворов щелочей арсенид галлия разлагается на составляющие элементы — галлий и мышьяк. Реакция с серной и соляной кислотами приводит к выделению арсина, который является чрезвычайно токсичным газом. Сам по себе арсенид галлия в стандартных условиях считается нетоксичным материалом, однако его биологическое воздействие при длительном накоплении исследовано не до конца, а продукты химического разложения представляют серьезную опасность.
Нахождение в природе
В доступных материалах отсутствует информация о естественном нахождении арсенида галлия в виде минералов в природе. Соединение является искусственным продуктом целенаправленного синтеза, создаваемым исключительно для нужд полупроводниковой промышленности.
Получение
Изготовление кристаллов арсенида галлия представляет собой сложный технологический процесс. Производство данного полупроводника значительно труднее в реализации по сравнению с созданием базовых кремниевых элементов, что напрямую обуславливает его высокую стоимость. В промышленном масштабе производство арсенида галлия обходится примерно в пять раз дороже производства кремния.
Применение
Благодаря своим физическим и электрическим свойствам, арсенид галлия находит широкое применение в производстве электронных и оптоэлектронных компонентов. Материал активно используется для создания транзисторов, светодиодов, лазерных диодов, диодов Ганна, туннельных диодов, фотоприемников и детекторов ядерных излучений. Способность выдерживать высокие электрические мощности делает его незаменимым компонентом в конструкции мощных лазеров. Кроме того, благодаря исключительно высокой радиационной стойкости, компоненты на основе арсенида галлия массово применяются в космической отрасли, где использование обычных кремниевых полупроводников нецелесообразно из-за деградации под воздействием радиации.