Нитрид галлия

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Нитрид галлия

16.12.2020

Нитрид галлия — бинарное неорганическое химическое соединение галлия и азота. Химическая формула GaN. При обычных условиях очень твёрдое вещество с кристаллической структурой типа вюрцита. Прямозонный полупроводник с широкой запрещённой зоной — 3,4 эВ (при 300 K).

Используется в качестве полупроводникового материала для изготовления оптоэлектронных приборов ультрафиолетового диапазона. Начал широко использоваться в светодиодах с 1990 года, а также мощных и высокочастотных полупроводниковых приборах. Имеет повышенную устойчивость к ионизирующему излучению (также, как и другие полупроводниковые материалы — нитриды III группы), что перспективно для создания длительно работающих солнечных батарей космических аппаратов.

Из-за того, что транзисторы из нитрида галлия могут сохранять работоспособность при более высоких температурах и напряжениях, чем транзисторы из арсенида галлия, этот материал становится всё более привлекательным для создания приборов применяемых в усилителях мощности СВЧ.

Физические свойства

При нормальных условиях - бесцветный прозрачный кристалл. Кристаллизуется в структуре типа вюрцита, также возможна кристаллизация метастабильной фазы со структурой сфалерита (цинковой обманки). Тугоплавок и твёрд. В чистом виде довольно прочный. Обладает высокой теплопроводностью и теплоёмкостью.

Является прямозонным полупроводником с шириной запрещённой зоны 3.39 эВ при 300 K. В чистом виде может быть выращен в виде монокристаллических тонких плёнок на подложках из сапфира или карбида кремния, несмотря на то, что их постоянные решёток различны. При легировании кремнием, либо кислородом приобретает электронный тип проводимости. При легировании магнием становится полупроводником с дырочным типом проводимости. Но атомы кремния и магния, внедряясь в кристаллическую решётку GaN искажают её, что вызывает механическое растяжение кристаллической решётки и придаёт монокристаллам хрупкость. Плёнки нитрида галлия, как правило, имеют высокую поверхностную концентрацию дислокаций (от 100 млн до 10 млрд на см2).

Нитрид галлия является перспективным материалом для создания высокочастотных, теплостойких и мощных полупроводниковых приборов.

Применение

Широко используется для создания светодиодов, полупроводниковых лазеров, сверхвысокочастотных транзисторов.

Кристаллический нитрид галлия высокого качества может быть получен при низкой температуре методом осаждения из парогазовой фазы на AlN — буферном слое. Получение кристаллов нитрида галлия высокого качества позволило изучить проводимость p-типа данного соединения, благодаря реализации p-n-перехода, создать синие и УФ светодиоды, эффективно излучающие при комнатной температуре (необходимая для лазерного излучения). Это привело к коммерциализации высокопроизводительных синих светодиодов и долгосрочной жизни фиолетово-лазерных диодов, а также дало развитие устройств на основе нитридов, таких как детекторы УФ и высокоскоростных полевых транзисторов.

Создание синих светодиодов из GaN, обладающих высокой яркостью излучения было последним в разработке светодиодов основных цветов и это позволило создать полноцветные светодиодные экраны.

Нитриды (полупроводники) третьей группы признаны одними из самых перспективных материалов для изготовления оптических приборов в видимой коротковолновой и УФ-области. Потенциальные рынки для высокомощных и высокочастотных приборов на основе GaN включают в себя СВЧ (радиочастотные усилители мощности) и высоковольтные коммутационные устройства для электрических сетей. Большая ширина запрещённой зоны означает, что работоспособность транзисторов из нитрида галлия сохраняется при более высоких температурах, по сравнению с кремниевыми транзисторами. В 1993 году были получены первые экспериментальные полевые транзисторы из нитрида галлия. Сейчас эта область активно развивается.

Перспективным направлением использованием нитрида галлия является военная электроника, в частности, твердотельные приёмопередающие модули на основе GaN активной фазированной антенной решётки. В Европе лидером в разработке и применении в АФАР технологии приёмопередающих модулей (ППМ) на основе GaN является компания Airbus Defence and Space, разработавшая и предлагающая ВМС ряда стран новую корабельную РЛС TRS-4D.

Синтез

Кристаллы нитрида галлия выращиваются сплавлением N и Ga при давлении 100 атм в атмосфере N2 и температуре 750 °C (повышенное давления газовой среды необходимо для осуществлении реакции галлия и азота при относительно невысоких температурах; в условиях низкого давления галлий не вступает в реакцию с азотом ниже 1000 °C). Порошок нитрида галлия можно получить из более реактогенных веществ:

2 G a + 2 N H 3 ⟶ 2 G a N + 3 H 2 ↑ {displaystyle {mathsf {2Ga+2NH_{3}longrightarrow 2GaN+3H_{2}uparrow }}} G a 2 O 3 + 2 N H 3 ⟶ 2 G a N + 3 H 2 O {displaystyle {mathsf {Ga_{2}O_{3}+2NH_{3}longrightarrow 2GaN+3H_{2}O}}}

Безопасность

Нитрид галлия является нетоксичным веществом, но его пыль вызывает раздражение кожи, глаз и лёгких. Источниками нитрида галлия могут быть выбросы промышленных предприятий.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий: