Preskočiť na obsah

Arzenid galitý

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Arzenid galitý
Arzenid galitý
Arzenid galitý
Arzenid galitý
Arzenid galitý
Všeobecné vlastnosti
Sumárny vzorec GaAs
Systematický názov arzenid galitý
Synonymá arzenid gália,[1][2] gálium-arzenid[3][4] gálium arzenid,[chýba zdroj] gáliumarzenid[chýba zdroj]
Fyzikálne vlastnosti
Molárna hmotnosť 144,645 g/mol
Teplota topenia 1238 °C
Hustota 5,3176 g/cm3
Bezpečnosť
Globálny harmonizovaný systém
klasifikácie a označovania chemikálií
Hrozby
08 - látka nebezpečná pre zdravie
Vety H H350, H360F, H372
Vety EUH EUH?
Vety P P261, P273, P301+310, P311, P501
Európska klasifikácia látok
Hrozby
Gefahrensymbol unbekannt
Neznámy parameter
Vety R R?
Vety S S?
NFPA 704
0
3
0
Ďalšie informácie
Číslo CAS 1303-00-0
Pokiaľ je to možné a bežné, používame jednotky sústavy SI.
Ak nie je hore uvedené inak, údaje sú za normálnych podmienok.

Arzenid galitý (GaAs) je chemická zlúčenina arzénu s gáliom. Používa sa ako polovodič.[5] Kryštalizuje v kubickej sústave.

Arzenid galitý sa používa pri výrobe zariadení ako sú monolitické mikrovlnné integrované obvody, infračervené luminiscenčné diódy, laserové diódy a solárne články.[5][6]

Arzenid galitý sa často používa ako substrát pre tvorbu ďalších polovodičov, napríklad indium-gálium-arzenidu.

Príprava

[upraviť | upraviť zdroj]

V arzenide galitom má gálium oxidačný stav +III. Monokryštál arzenidu galitého možno priemyselne pripraviť tromi spôsobmi:[6]

  • vertical gradient freeze (VGF, v preklade vertikálne gradientové mrazenie)[7]
  • rast kryštálov v horizontálnej peci s použitím Bridgmanovej-Stockbargerovej metódy, pri ktorej spolu reagujú výpary gália a arzénu a vznikajúce molekuly sa deponujú na kryštál vznikajúci na chladnejšom konci pece
  • kvapalinou pokrytá Czochralského metóda (LEC metóda) umožňuje tvorbu veľmi čistých monokryštálov, ktoré vykazujú poloizolačné vlastnosti (pozri nižšie). Väčšina polovodičových plátkov z arzenidu galitého sa vyrába touto metódou.

Medzi ďalšie metódy tvorby filmov (tenkých vrstiev) GaAs patria:[6][8]

Na vzduchu dochádza k oxidácii arzenidu galitého, čo znižuje výkon polovodiča. Povrch je možné ochrániť vrstvou kubického sulfidu galnatého použitím terc-butylgáliumsulfidových zlúčenín, napr. (t-BuGaS)7.[9]

Poloizolačné kryštály

[upraviť | upraviť zdroj]

V prítomnosti nadbytku arzénu vznikajú kryštály s kryštálovými poruchami, konkrétne vznikajú miesta, kde sa nachádza arzén na miestach, kde by v kryštálovej mriežke malo byť gálium. Elektronické vlastnosti týchto defektných kryštálov spôsobujú, že Fermiho hladina týchto materiálov je takmer presne v strede zakázaného pásu, takže kryštál GaAs má veľmi nízku koncentráciu elektrónov a dier. Táto nízka koncentrácia nosičov náboja je podobná prirodzenému (nedopovanému) kryštálu, ale je výrazne jednoduchšie pripraviť kryštál s nadbytkom arzénu. Tieto kryštály sa nazývajú poloizolačné, pretože majú vysokú rezistivitu, približne 107 – 109 Ω·cm (čo je veľmi vysoká hodnota pre polovodiče, ale stále výrazne nižšia než pre skutočné izolanty, ako napríklad sklo).[10]

Odstraňovanie nečistôt

[upraviť | upraviť zdroj]

Priemyselne sa na odstraňovanie nečistôt z GaAs používajú oxidačné činidlá, napríklad peroxid vodíka alebo brómová voda.[11] Takisto bol popísaný patento, ktorrý navrhuje rovnakým spôsobom spracovať súčiastky na vyhodenie, ktoré obsahujú GaAs, kde Ga3+ tvorí komplex s hydroxámovými kyselinami (HA), napríklad:[12]

GaAs + H2O2 + HA → komplex GaA + H3AsO4 + 4 H2O

V procese vzniká kyselina arzeničná.[13]

Elektronika

[upraviť | upraviť zdroj]

GaAs v logických obvodoch

[upraviť | upraviť zdroj]

Arzenid galitý sa používa v rôznych druhoch tranzistorov:[14]

Porovnanie s kremíkom v elektronike

[upraviť | upraviť zdroj]
 Tomuto článku alebo sekcii chýbajú odkazy na spoľahlivé zdroje, môže preto obsahovať informácie, ktoré je potrebné ešte overiť.
Pomôžte Wikipédii a doplňte do článku citácie, odkazy na spoľahlivé zdroje.

Výhody arzenidu galitého

[upraviť | upraviť zdroj]

Niektoré elektronické vlastnosti arzenidu galitého sú lepšie, než vlastnosti kremíka. GaAs má vyššiu pohyblivosť elektrónov a vyššiu saturovanú rýchlosť, čo umožňuje tranzistorom z tohto materiálu fungovať na frekvenciách vyšších než 250 GHz.[chýba zdroj] Súčiastky z arzenidu galitého sú relatívne málo náchylné k prehriatiu, čo súvisí s ich širším zakázaným pásom, a takisto v porovnaní s kremíkovými súčiastkami tvoria menej šumu v elektrickom signále, hlavne pri vyšších frekvenciách. Tieto vlastnosti sú dôsledkom vyššej pohyblivosti nosičov náboja a nižšej nežiadanej rezistivite. Tieto výhodnejšie vlastnosti zvýhodňujú použitie GaAs v mobilných telefónoch, satelitnej komunikácii a vysokofrekvenčných radarových systémov. Arzenid galitý sa takisto používa pri manufaktúre Gunnových diód na tvorbu mikrovĺn.

Ďalšou výhodou arzenidu galitého je to, že má priamy zakázaný pás, čo znamená, že ho možno využiť na účinnú absorpciu a emisiu žiarenia. Kremík má nepriamy zakázaný pás, takže emituje svetlo veľmi slabo.

Keďže arzenid galitý má široký priamy zakázaný pás a vďaka tomu odoláva poškodeniu radiáciou, je to výborný materiál pre použitie v elektronike vo vesmíre.

Vďaka svojmu širokému zakázanému pásu má čistý GaAs vysoký merný elektrický odpor. Takisto má vysokú dielektrickú konštantu a vďaka týmto vlastnostiam je arzenid galitý veľmi dobrým substrátom pre integrované obvody a na rozdiel od kremíku poskytuje prirodzenú izoláciu medzi súčiastkami a obvodmi. Vďaka tomu je to ideálny materiál pre použitie v monolitických mikrovlnných integrovaných obvodoch, kde je možné vyrobiť aktívne a esenciálne pasívne súčiastky na jednom plátku GaAs.

Jeden z prvých GaAs mikroprocesorov bol vyvinutý na začiatku 80. rokov 20. storočia spoločnosťou RCA a jeho použitie bolo zvážené pre program Star Wars. Tieto procesory boli niekoľkokrát rýchlejšie a o niekoľko rádov odolnejšie voči žiareniu oproti kremíkovým, ale boli drahšie.[16] Ďalšie GaAs procesory boli použité výrobcami superpočítačov Cray, Convex a Alliant v snahe udržať krok s CMOS mikroprocesormi. Spoločnosť Cray nakoniec vyvinula stroj využívajúci GaAs na začiatku 90. rokov 20. storočia, s názvom Cray-3, ale nebola z toho schopná kapitalizovať a nakoniec zbankrotovala v roku 1995.

Komplexné vrstvené štruktúry arzenidu galitého v kombinácii s arzenidom hlinitým (AlAs) alebo zliatinou AlxGa1−xAs možno vytvoriť pomocou metódy MBE alebo pomocou metódy MOVPE. Keďže GaAs a AlAs majú takmer zhodné mriežkové konštanty, majú tieto vrstvy nízke pnutie, čo umožňuje prakticky akúkoľvek hrúbku. Vďaka tomu možno vyrobiť HEMT tranzistory s extrémne vysokým výkonom a vysokou pohyblivosťou elektrónov a iné súčiastky s kvantovou jamou.

GaAs sa využíva i pre monolitické radarové zosilňovače (niekedy sa však oplatí použitie nitridu galitého, GaN, kvôli nižšej náchylnosti k poškodeniu vysokou teplotou).[17]

Výhody kremíka

[upraviť | upraviť zdroj]

Kremík má oproti arzenidu galitému tri dôležité výhody pre výrobu integrovaných obvodov.

Prvou z nich je dostupnosť a nízka cena kremíku, ktorý možno získať z kremičitanov.

Okrem toho má kryštál kremíka veľmi stabilnú štruktúru a možno ho vytvoriť vo veľkých rozmerov a spracovať s dobrými výťažkami. Je to relatívne dobrý tepelný vodič, takže umožňuje tesné usporiadanie tranzistorov, čo je žiaduce pre dizajn a veľkovýrobu veľmi veľkých integrovaných obvodov. Tieto mechanické vlastnosti z neho takisto robia vhodný materiál pre rýchlo vyvíjajúci sa odbor nanoelektroniky. Povrch arzenidu galitého prirodzene nevydrží vysoké teploty. Existujú však i ďalšie alternatíve úpravy.[18]

Druhou veľkou výhodou kremíka je existencia jeho prírodného oxidu (oxidu kremičitého, SiO2), ktorý sa používa ako izolant. Oxid kremičitý možno ľahko zabudovať do kremíkových obvodov a takéto vrstvy prirodzene držia na kremíku pod nimi. Oxid kremičitý je nielen dobrým izolantom (so šírkou zakázaného pásu 8,9 eV), ale rozhranie Si-SiO2 možno ľahko upraviť tak, aby malo skvelé elektrické vlastnosti, hlavne nízku hustotu stavov na rozhraní. Oproti tomu arzenid galitý nemá prírodný oxid, neumožňuje jednoduché navrstvenie izolantu a nemá dielektrickú silu alebo pasivačné schopnosti Si-SiO2.[18] Ako možná alternatívna pre GaAs bol študovaný oxid hlinitý (Al2O3).

Treťou výhodou kremíka je to, že má vyššiu pohyblivosť dier oproti arzenidu galitému (500 versus 400 cm2V−1s−1).[19] Táto pohyblivosť umožňuje výrobu rýchlych P-kanálových tranzistorov riadených poľom, ktoré sú nutné pre CMOS logické obvody. Keďže im chýba rýchla CMOS štruktúra, obvody z arzenidu galitého musia využívať logické štýly, ktoré majú vyššiu spotrebu energie. Kvôli tomu sa logické obvody z GaAs nie sú schopné vyrovnať kremíkovým logickým obvodom.

Kremík má relatívne nízky molárny absorpčný koeficient pre slnečné svetlo, čo pri výrobe solárnych článkov znamená nutnosť vrstvy asi 100 mikrometrov kremíka, aby bolo možné absorbovať väčšinu slnečného svetla. Takáto vrstva je relatívne robustná a ľahko sa s ňou pracuje. Oproti tomu je molárny absorpčný koeficient arzenidu galitého tak vysoký, že stačí pár mikrometrov hrubá vrstva, aby sa pohltilo všetko žiarenie. Kvôli tomu musia byť tenké vrstvy arzenidu galitého nanesené na nejaký nosný materiál.[20]

Kremík je čistý prvok, takže uňho nie je nutné riešiť stechiometrický pomer ako u arzenidu galitého.[21]

Kremík má takmer dokonalú mriežku, hustota nečistôt je veľmi malá, čo umožňuje vytvoriť veľmi malé štruktúry (na úrovni 5 nm v komerčnej výrobe v roku 2020[22]). Oproti tomu arzenid galitý má veľmi vysokú hustotu nečistôt,[23] kvôli čomu je náročné z neho vytvoriť integrované obvody s malými štruktúrami, takže sa preňho používa 500 nm proces.[chýba zdroj]

Kremík má asi trikrát vyššiu tepelnú vodivosť než arzenid galitý, čo znamená nižšie riziko lokálneho prehriatia v súčiastkách s vysokým výkonom.[17]

Ďalšie použitie

[upraviť | upraviť zdroj]
Trojprechodový GaAs článok na povrchu MidSTAR-1

Tranzistory

[upraviť | upraviť zdroj]

Tranzistory z arzenidu galitého sa používajú v zosilňovačoch rádiovĺn v telefónoch a bezdrôtovej komunikácii.[24]

Solárne články a detektory

[upraviť | upraviť zdroj]

Arzenid galitý je dôležitým polovodičovým materiálov pre drahé vysokoúčinné solárne články a používa pre monokryštálové tenkovrstvové solárne články a pre viacprechodové solárne články.[25]

Prvý známy prípad použitia fotovoltických článkov z arzenidu galitého bolo vo vesmírnej sonde Venera-3 v roku 1965. Tieto solárne články, vyrobené spoločnosťou Kvant, boli zvolené kvôli ich vysokému výkonu v prostrediach s vysokou teplotou.[26] Solárne články využívajúce GaAs boli potom použité z rovnakého dôvodu i v lunochodoch.

V roku 1970 boli vyvinuté heteroštruktúrne solárne články v tíme Žoresa Ivanoviča Alfiorova v ZSSR,[27][28][29] ktoré dosiahli omnoho vyššie účinnosti. Na začiatku 80. rokov 20. storočia prekonala účinnosť najlepších fotovoltických článkov z GaAs účinnosť bežných solárnych článkov založených na kryštalickom kremíku. V 90. rokoch sa potom solárne články s GaAs stali najbežnejšie používanými článkami pre fotovoltické systémy v satelitoch. Neskôr boli vyvinuté dvoj- a trojprechodové solárne články založené na GaAs s germániovými a indium-gálium-fosfidovými vrstvami ako základ trojprechodových solárnych článkov, ktoré mali rekordnú účinnosť viac ako 32 % a boli schopné fungovať i pri svetle s výkonom 2000 sĺnk. Tento typ solárnych článkov poháňal vozidiel misie Mars Exploration Rover, Spirit a Opportunity, ktoré objavovali povrch Marsu. Mnohé solárne autá využívajú GaAs vo fotovoltických systémoch a rovnako to je u Hubblovho teleskopu.[30]

Súčiastky založené na GaAs držia svetový rekord v najúčinnejších solárnych článkoch vyrobených z jednej vrstvy, a to 29,1 % (rok 2019). Táto vysoká účinnosť je priradzovaná extrémne vysokej kvalite arzenidu galitého vyrobeného epitaxiou, povrchovej pasivácii pomocou AlGaAs[31] a recyklácii fotónov vďaka dizajnu tenkej vrstvy.[32] Fotovoltické systémy založené na GaAs sú takisto rozpovedné za najvyššiu účinnost (v roku 2022) premeny svetla na elektrinu – Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems dosiahol účinnosť 68,9 %, keď vystavili fotovoltický článok s tenkou vrstvou GaAs monochromatickému žiareniu z lasera s vlnovou dĺžkou 858 nanometrov.[33]

Aktuálne majú viacprechodové články z GaAs najvyššiu účinnosť spomedzi existujúcich fotovoltických článkov a vývoj ukazuje, že tento trend bude pravdepodobne pokračovať minimálne v blízkej budúcnosti.[34] V roku 2022 predstavil Rocket Lab solárny článok s účinnosťou 33,3 %,[35] založený na invertovanej metamorfnej viacprechodovej (IMM) technológii. Táto technológia sa najprv tvoria materiály s rovnakými mriežkovými parametrami a apotom materiály s inými mriežkovými parametrami. Najvrchnejší článok, z GaInP, vzniká prvý a nasadzuje sa na GaAs substrát, ktorý potom nasleduje vrstva GaAs alebo GaInAs s minimálnymi odchýlkami v mriežke a posledná je vrstva s najväčšou odchýlkou v mriežkových parametroch.[36] Po dokončení sa článok umiestni na sekundárny držiak a substrát GaAs sa odstráni. Hlavnou výhodou IMM je to, že toto poradie umožňuje cestu k najvyššej účinnosti článku.

Komplexné dizajny súčiastok s AlxGa1−xAs-GaAs využívajúce kvantové jamy môžu byť náchylné na infračervené žiarenie (použitie v infračervených fotodetektoroch založených na kvantových jamách, QWIP).

GaAs diódy možno použiť pre detekciu röntgenového žiarenia.[37]

Budúcnosť solárnych článkov z GaAs

[upraviť | upraviť zdroj]

Napriek tomu, že fotovoltické články založené na GaAs sú jasnými víťazmi čo sa týka účinnosti solárnych článkov, majú relatívne obmedzené použitie na aktuálnom trhu. Z pohľadu svetovej výroby elektriny i svetovej účinnosti výroby energie je spracovanie solárnej energie najrýchlejšie rastúcim zdrojom (oproti iným palivám, ako sú vietor, voda, biomasa a iné) za posledné desaťročie.[38] Napriek tomu však zatiaľ solárne články z GaAs nie sú rozšírené. Dôvodom je hlavne vysoká cena týchto solárnych článkov – v prípade použitia vo vesmíre je nutná vysoká účinnosť a odpovedajúca vysoká cena je prijateľná. Fotovoltické články založené na GaAs napríklad majú najlepšiu odolnosť voči gama žiareniu a fluktuáciám vysokých teplôt, ktoré sú u vesmírnych lodí veľmi dôležité.[39] Oproti iným solárnym článkom sú však tieto články sto- až tisíckrát drahšie než iné technológie, napríklad solárne články založené na kremíku.[40] Hlavným zdrojom tejto vysokej ceny je cena epitaxie a substrátu, na ktorý je článok deponovaný.

Solárne články z GaAs sa najčastejšie vyrábajú rôznymi metódami epitaxie, napríklad MOCVD a HVPE. Významné zníženie ceny týchto metód by vyžadovalo zníženie ceny nástrojov, materiálov a účinnosti manufaktúry.[40] Zrýchlenie rastu by takisto znížilo cenu, ale toto zníženie ceny by bolo ovplyvnené dĺžkou ostatných častí procesu, napríklad zohrievaním a chladením.[40]

Substrát, na ktorom sa tvoria solárne články, je typicky germánium alebo arzenid galitý, ktoré sú drahými materiálmi. Jeden z hlavným spôsobom zníženia ceny je recyklácia tohto substrátu. Jedna z metód navrhnutá na tento účel je ELO,[41] ale táto metóda časovo náročná, nebezpečná (využíva kyselinu fluorovodíkovú) a vyžaduje niekoľko krokov na dodatočné úpravy. Boli však navrhnuté i ďalšie metódy, ktoré využívajú materiály založené na fosfidoch a kyselinu chlorovodíkovú na dosiahnutie ELO s povrchovou pasiváciou a minimálnou prítomnosťou nečistôt po čistení, ktoré umožňujú priamu recykláciu substrátu z GaAs.[42] Existujú takisto dôkazy, že by bolo možné použiť odlamovanie kúskov na odstránenie substrátu pre jeho opakované použitie.[43] Alternatívnym spôsobom na zníženie ceny substrátu je použitie lacnejších materiálov, i keď materiály na toto použitie aktuálne nie sú komerčne dostupné alebo vyvinuté.[40]

Ďalšou vecou na zváženie ohľadne nižších cien solárnych článkov z GaAs je koncentračná fotovoltika. Tieto technológie využívajú šošovky alebo parabolické zrkadlá na zaostrenie svetla na solárny článok, takže na dosiahnutie rovnakých výsledkov stačí menší (a teda i lacnejší) solárny článok z GaAs.[44] Koncentračná fotovoltika má najvyššiu účinnosť spomedzi existujúcich fotovoltík.[45]

Koncentračná fotovoltika a zníženie ceny epitaxie by teda mohlo viesť k celkovému zníženiu ceny solárnych článkov z GaAs a umožniť použitie arzenidu galitého pre bežné použitie.

Luminiscenčné súčiastky

[upraviť | upraviť zdroj]
Pásová štruktúra arzenidu galitého. Priamy pás arzenidu galitého má za následok účinnú emisiu infračerveného žiarenia s energiou 1,424 eV (~870 nm).

Arzenid galitý sa od roku 1962 používa na výrobu NIR laserových diód.[46] Na tento účel sa často používa v zliatinách s inými polovodičmi.

Polovodič typu N z arzenidu galitého dopovaný atómom kremíku (ako donor na miestach gália) a bóru (ako akceptor na miestach arzénu) reaguje na ionizujúce žiarenie emisiou scintilujúcich fotónov. Pri kryogénnych teplotách je to jeden z najžiarivejších známych scintilátorov[47][48][49] a pôsobí ako vhodný kandidát na detekciu vzácnych elektronických excitácií z interagujúcej temnej hmoty kvôli nasledujúcim šiestim faktorom:

  1. Kremíkové donorové elektróny v arzenide galitom majú väzbovú energiu, ktorá je jedna z najnižších spomedzi všetkých známych polovodičov typu N. Voľné elektróny nad 8×1015 cm-3 ostávajú delokalizované i pri kryogénnych teplotách.[50]
  2. Bór a gálium sú prvky 13. skupiny, takže bór ako nečistota obsadzuje primárne miesta, kde sa normálne nachádza gálium. V dostatočnom množstve však obsadzuje i miesta, kde sa normálne nachádza arzén a pôsobí ako akceptor, ktorý účinne zachytáva diery z vodivostného pásu vznikajúce ionizáciou.[51]
  3. Po zachytení diery vzniknutej ionizáciou z vodivostného pásu sa atómy bóru rekombinujú s delokalizovanými donorovými elektrónmi a produkujú fotóny 0,2 eV pod kryogénnou energiou zakázaného pásu (1,52 eV). Toto predstavuje výkonný radiatívny proces, ktorým vznikajú scintilačné fotóny, ktoré nie sú absorbované kryštálom GaAs.[48][49]
  4. Nevzniká dodatočné žiarenie, pretože metastabilné žiarivé centrá sa rýchlo anihilujú delokalizovanými elektrónmi. Toto bolo dokázané tak, že pri pôsobením tepla nevzniká luminiscencia.[47]
  5. Polovodič typu N z GaAs má vysoký index lomu (asi 3,5) a jeho absorpčný koeficient úzkeho lúča je úmerný hustote voľných energiou a typicky má hodnotu okolo niekoľkých reciprokých centimetrov.[52][53][54] Dalo by sa predpokladať, že takmer všetky scintilačné fotóny sa zachytia a absorbujú v kryštály, ale to nie je pravda. Nedávne Monte Carlo výpočty ukázali, že vysoká žiarivosť sa dá vysvetliť tým, že väčšina absorpcie tenkého lúča je v skutočnosti optickým rozptylom vodivostných elektrónov s prierezom asi 10-17 cm2, čo umožňuje scintilačným fotónom vyhnúť sa úplnému odrazu.[55] Tento prierez je asi 107x väčší než Thomsonov rozptyl, ale porovnateľný s optickému prierezu vodivostných elektrónov v kovovom zrkadle. V opise kvantovej mechaniky, keď fotón dorazí na tenké bezstratové kovové zrkadlo, vzniká superpozícia dvoch výsledkov: (1) fotón prejde cez zrkadlo bez straty energie alebo (2) fotón stratí všetku energiu tým, že excituje všetky dostupné vodivostné elektróny, ktoré potom emitujú radiáciu elektrického dipólu, ktorá sa potom kombinuje kvantovou interferenciou za vzniku jediného fotónu v tom smere, ktorý odpovedá zákonu odrazu. Pravdepodobnosť transmisie je daná ako T = e(–z/D), kde z je hrúbka zrkadla a D je hĺbka prieniku. Pravdepodobnosť odrazu je potom R = 1 − T = 1 − e(–z/D). Hĺbka prieniku súvisí s extinkčným koeficientom k (imaginárna zložka indexu lomu) ako D = λ/(4πk), kde λ je vlnová dĺžka fotónu. Extinkčný koeficient pre 1 µm fotóny v zlate je 6,47 a hĺbka prieniku je 12,3 nm. V tejto hrúbke je 7,3x1016 vodivostných elektrónov na cm2, čo odpovedá prierezu 1,4x10-17 cm2. Kvôli podobným prierezom teda fotóny v GaAs polovodičoch typu N evidentne excitujú vodivostné elektróny podobným spôsobom, ale žiarenie elektrického dipólu tvorí fotóny v náhodných smeroch, ktoré potom vyzerajú ako optický rozptyl. 1 µm fotóny v zlate môžu excitovať oscilácie plazmy, čo potom prispieva k ich prierezu. V prípade GaAs polovodičov typu N je hustota vodivostných elektrónov výrazne nižšia a oscilácie plazmy prebiehajú v vzdialenej infračervenej oblasti (FIR).
  6. Polovodič typu N z GaAs(Si, B) sa komerčne vyrába ako 10 kg kryštál a potom reže na tenké plátky ako substrát pre elektronické obvody. Oxid boritý sa používa na pokrytie ako sa predišlo strate arzénu počas rastu kryštálu, ale i ako zdroj atómov bóru pre scintiláciu.

Optické vlákna a meranie teploty

[upraviť | upraviť zdroj]

Na meranie teploty môže byť koniec optického vlákna vybavený teplotným senzorom s kryštálom arzenidu galitého. Pri vlnovej dĺžke 850 nm sa arzenid galitý stáva opticky priesvitný. Keďže poloha zakázaného pásu je závislá na teplote, posúva sa asi o 0,4 nm/K. Toto zariadenie obsahuje zdroj svetla a zariadenie na spektrálnu detekciu zakázaného pásu. Pri zmene polohy zakázaného pásu (0,4 nm/K) sa pomocou algoritmu dá určiť teplota.[56]

Spintronika

[upraviť | upraviť zdroj]

Arzenid galitý môže mať využitie v spintronike, keďže ho možno použiť namiesto platiny ako konverteru spinu a náboja a môže byť ľahšie upraviteľný.[57]

Bezpečnosť

[upraviť | upraviť zdroj]

Existujú štúdie, ktoré skúmali pôsobenie prekurzorov arzenidu galitého (napríklad trimetylgália a arzánu) na prostredie, zdravie a bezpečnosť, ako aj štúdie, ktoré skúmali priemyselnú hygienu organokovových prekurzorov.[58] Kalifornia zaradila arzenid galitý medzi karcinogény,[59] takisto ho tam radia i IARC a ECHA[60] a je pokladaný za známy zvierací karcinogén.[61][62] Proti tomu sa v roku 2013 objavila štúdia (financovaná priemyslom), ktorá tvrdí opačné závery, konkrétne, že ak myši alebo potkany vdychujú jemný prášok arzenidu galitého (ako v predchádzajúcich štúdiách), rakovina vzniká podráždením pľúc a zápalom, nie priamo z primárneho karcinogénneho účinku arzenidu galitého – a takisto tvrdí, že je nepravdepodobné, aby pri výrobe či používaní GaAs vznikal jemný prášok GaAs.[60]

Referencie

[upraviť | upraviť zdroj]
  1. ↑ Arzenid gália (GaAs) [online]. Bratislava: Slovenská technická univerzita : Fakulta elektrotechniky a informatiky, [cit. 2023-05-20]. Dostupné online.
  2. ↑ Chystá sa zásadný zlom v oblasti čipov? Vďaka gáliu budú rýchlejšie a lacnejšie [online]. IT News, 2015-03-27, [cit. 2023-05-19]. Dostupné online.
  3. ↑ PROCHÁZKA, Juraj. GaN nabíjačky: Prečo prekonávajú kremíkové? [online]. 2021-02-12, [cit. 2023-05-19]. Dostupné online.
  4. ↑ SCHOLTZ, Vladimír. 50 rokov Gunnovho javu. Aldebaran.cz (Praha: Aldebaran Group for Astrophysics), 2012. Dostupné online [cit. 2023-05-20].
  5. ↑ a b arzenidy. In: Encyclopaedia Beliana [online]. Bratislava: Slovenská akadémia vied, [cit. 2023-05-20]. Dostupné online.
  6. ↑ a b c Moss, S. J.; Ledwith, A.. The Chemistry of the Semiconductor Industry. [s.l.] : Springer, 1987. ISBN 978-0-216-92005-7.
  7. ↑ Scheel, Hans J.; Tsuguo Fukuda.. Crystal Growth Technology. [s.l.] : Wiley, 2003. ISBN 978-0471490593.
  8. ↑ Smart, Lesley; Moore, Elaine A.. Solid State Chemistry: An Introduction. [s.l.] : CRC Press, 2005. ISBN 978-0-7487-7516-3.
  9. ↑ "Chemical vapor deposition from single organometallic precursors" A. R. Barron, M. B. Power, A. N. MacInnes, A. F.Hepp, P. P. Jenkins Patent v USA 5300320 (1994)
  10. ↑ McCluskey, Matthew D. and Haller, Eugene E. (2012) Dopants and Defects in Semiconductors, pp. 41 and 66, ISBN 978-1439831526
  11. ↑ Brozel, M. R.; Stillman, G. E.. Properties of Gallium Arsenide. [s.l.] : IEEE Inspec, 1996. ISBN 978-0-85296-885-7.
  12. ↑ "Oxidative dissolution of gallium arsenide and separation of gallium from arsenic" J. P. Coleman and B. F. Monzyk Patent v USA 4759917 (1988)
  13. ↑ Black GaAs by Metal-Assisted Chemical Etching. ACS Applied Materials & Interfaces, 3 October 2018, s. 33434–33440. Dostupné online. ISSN 1944-8244. DOI: 10.1021/acsami.8b10370. PMID 30191706.
  14. ↑ Dennis Fisher; I. J. Bahl. Gallium Arsenide IC Applications Handbook. [s.l.] : Elsevier, 1995. Dostupné online. ISBN 978-0-12-257735-2. S. 61. 'Clear search' to see pages
  15. ↑ YE, Peide D.; XUAN, Yi; WU, Yanqing. Fundamentals of III-V Semiconductor MOSFETs. [s.l.] : Springer Science & Business Media, 2010. ISBN 978-1-4419-1547-4. DOI:10.1007/978-1-4419-1547-4_7 Atomic-Layer Deposited High-k/III-V Metal-Oxide-Semiconductor Devices and Correlated Empirical Model, s. 173–194.
  16. ↑ Šilc, Von Jurij; Robič, Borut; Ungerer, Theo. Processor architecture: from dataflow to superscalar and beyond. [s.l.] : Springer, 1999. Dostupné online. ISBN 978-3-540-64798-0. S. 34.
  17. ↑ a b A reprieve for Moore's Law: milspec chip writes computing's next chapter [online]. 2016-06-09. Dostupné online.
  18. ↑ a b MORGAN, D. V.; BOARD, K.. An Introduction To Semiconductor Microtechnology. 2nd. vyd. Chichester, West Sussex, England : John Wiley & Sons, 1991. ISBN 978-0471924784. S. 137.
  19. ↑ Sze, S. M. (1985). Semiconductor Devices Physics and Technology. John Wiley & Sons. Appendix G. ISBN 0-471-87424-8
  20. ↑ Single-Crystalline Thin Film. US Department of Energy
  21. ↑ CABRERA, Rowan. Electronic Devices and Circuits. [s.l.] : EDTECH, 2019. Dostupné online. ISBN 9781839473838. S. 35.
  22. ↑ CUTRESS, Dr Ian. 'Better Yield on 5nm than 7nm': TSMC Update on Defect Rates for N5 [online]. . Dostupné online.
  23. ↑ SCHLESINGER, T.E.. Encyclopedia of Materials: Science and Technology. [s.l.] : Elsevier, 2001. Dostupné online. ISBN 9780080431529. DOI:10.1016/B0-08-043152-6/00612-4 Gallium Arsenide, s. 3431-3435.
  24. ↑ It's a GaAS: Critical Component for Cell Phone Circuits Grows in 2010 [online]. 15 December 2010. Dostupné online.
  25. ↑ Charge Redistribution at GaAs/P3HT Heterointerfaces with Different Surface Polarity. The Journal of Physical Chemistry Letters, 3 October 2013, s. 3303–3309. DOI: 10.1021/jz401485t.
  26. ↑ Strobl, G.F.X.; LaRoche, G.; Rasch, K.-D.. High-Efficient Low-Cost Photovoltaics: Recent Developments. [s.l.] : Springer, 2009. ISBN 978-3-540-79359-5. DOI:10.1007/978-3-540-79359-5 2: From Extraterrestrial to Terrestrial Applications.
  27. ↑ Alferov, Zh. I., V. M. Andreev, M. B. Kagan, I. I. Protasov and V. G. Trofim, 1970, ‘‘Solar-energy converters based on p-n AlxGa1−xAs-GaAs heterojunctions,’’ Fiz. Tekh. Poluprovodn. 4, 2378 (Sov. Phys. Semicond. 4, 2047 (1971))
  28. ↑ Nanotechnology in energy applications. im.isu.edu.tw. 16 November 2005 (in Chinese) p. 24
  29. ↑ Nobel Lecture by Zhores Alferov at nobelprize.org, p. 6
  30. ↑ Hubble's Instruments Including Control and Support Systems (Cutaway) [online]. . Dostupné online. (po anglicky)
  31. ↑ Schnitzer, I.; YABLONOVITCH, E; CANEAU, C. Ultrahigh spontaneous emission quantum efficiency, 99.7 % internally and 72 % externally, from AlGaAs/GaAs/AlGaAs double heterostructures. Applied Physics Letters, 1993, s. 131. DOI: 10.1063/1.109348.
  32. ↑ Wang, X.; KHAN, M.R; GRAY, J. Design of GaAs Solar Cells Operating Close to the Shockley–Queisser Limit. IEEE Journal of Photovoltaics, 2013, s. 737. DOI: 10.1109/JPHOTOV.2013.2241594.
  33. ↑ Record Efficiency of 68.9% for GaAs Thin Film Photovoltaic Cell Under Laser Light - Fraunhofer ISE [online]. . Dostupné online. (po anglicky)
  34. ↑ YAMAGUCHI, Masafumi. High-Efficiency GaAs-Based Solar Cells. [s.l.] : IntechOpen, 2020-11-09. DOI: 10.5772/intechopen.94365. Dostupné online. ISBN 978-1-83968-261-2. DOI:10.5772/intechopen.94365 (po anglicky)
  35. ↑ Rocket Lab unveils space solar cell with 33.3% efficiency [online]. . Dostupné online. (po kórejsky)
  36. ↑ Inverted Metamorphic Multijunction (IMM) Cell Processing Instructions [online]. February 2012. Dostupné online.
  37. ↑ Glasgow University report on CERN detector. Ppewww.physics.gla.ac.uk. Retrieved on 2013-10-16.
  38. ↑ Global Progress Toward Renewable Electricity: Tracking the Role of Solar. IEEE Journal of Photovoltaics, November 2021, s. 1335–1342. Dostupné online. ISSN 2156-3381. DOI: 10.1109/JPHOTOV.2021.3104149.
  39. ↑ Performance analysis of GaAs based solar cells under gamma irradiation. Applied Surface Science, 2020-04-30, s. 145329. Dostupné online. ISSN 0169-4332. DOI: 10.1016/j.apsusc.2020.145329. (po anglicky)
  40. ↑ a b c d A Techno-Economic Analysis and Cost Reduction Roadmap for III-V Solar Cells [online]. 2018-11-27. Dostupné online. DOI:10.2172/1484349
  41. ↑ High efficiency GaAs thin film solar cells by peeled film technology. Journal of Crystal Growth, 1978-12-01, s. 277–280. Dostupné online. ISSN 0022-0248. DOI: 10.1016/0022-0248(78)90449-9. (po anglicky)
  42. ↑ Epitaxial lift-off process for gallium arsenide substrate reuse and flexible electronics. Nature Communications, 2013-03-12, s. 1577. Dostupné online. ISSN 2041-1723. DOI: 10.1038/ncomms2583. PMID 23481385. (po anglicky)
  43. ↑ (110)-Oriented GaAs Devices and Spalling as a Platform for Low-Cost III-V Photovoltaics. 2021 IEEE 48th Photovoltaic Specialists Conference (PVSC) (Fort Lauderdale, FL, USA: IEEE), 2021-06-20, s. 1118–1120. Dostupné online. DOI: 10.1109/PVSC43889.2021.9518754.
  44. ↑ Overview of the Current State of Gallium Arsenide-Based Solar Cells. Materials, 2021-06-04, s. 3075. ISSN 1996-1944. DOI: 10.3390/ma14113075. PMID 34199850. (po anglicky)
  45. ↑ Current Status of Concentrator Photovoltaic (CPV) Technology [online]. 2015-12-01. Dostupné online. DOI:10.2172/1351597
  46. ↑ HALL, Robert N.; Fenner, G. E.; Kingsley, J. D.. Coherent Light Emission From GaAs Junctions. Physical Review Letters, 1962, s. 366–369. DOI: 10.1103/PhysRevLett.9.366.
  47. ↑ a b Derenzo, S.; Bourret, E.; Hanrahan, S.; Bizarri, G. (2018). "Cryogenic scintillation properties of n-type GaAs for the direct detection of MeV/c2 dark matter". Journal of Applied Physics. 123 (11): 114501. arXiv:1802.09171. Bibcode:2018JAP...123k4501D. doi:10.1063/1.5018343. S2CID 56118568
  48. ↑ a b Vasiukov, S.; Chiossi, F.; Braggio, C.; Carugno, G.; Moretti, F.; Bourret, E.; Derenzo, S. (2019). "GaAs as a Bright Cryogenic Scintillator for the Detection of Low-Energy Electron Recoils from MeV/c2 Dark Matter". IEEE Transactions on Nuclear Science. 66 (11): 2333–2337. Bibcode:2019ITNS...66.2333V. doi:10.1109/TNS.2019.2946725. S2CID 208208697
  49. ↑ a b Derenzo, S.; Bourret, E.; Frank-Rotsch, C.; Hanrahan, S.; Garcia-Sciveres, M. (2021). "How silicon and boron dopants govern the cryogenic scintillation properties of n-type GaAs". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A. 989: 164957. arXiv:2012.07550. Bibcode:2021NIMPA.98964957D. doi:10.1016/j.nima.2020.164957. S2CID 229158562
  50. ↑ Benzaquen, M.; Walsh, D.; Mazuruk, K. (1987). "Conductivity of n-type GaAs near the Mott transition". Physical Review B. 36 (9): 4748–4753. Bibcode:1987PhRvB..36.4748B. doi:10.1103/PhysRevB.36.4748. PMID 9943488
  51. ↑ Pätzold, O.; Gärtner, G.; Irmer, G. (2002). "Boron Site Distribution in Doped GaAs". Physica Status Solidi B. 232 (2): 314–322. Bibcode:2002PSSBR.232..314P. doi:10.1002/1521-3951(200208)232:2<314::AID-PSSB314>3.0.CO;2-#.
  52. ↑ Spitzer, W. G.; Whelan, J. M. (1959). "Infrared Absorption and Electron Effective Mass in n-type Gallium Arsenide". Physical Review. 114 (1): 59–63. Bibcode:1959PhRv..114...59S. doi:10.1103/PhysRev.114.59
  53. ↑ Sturge, M. D. (1962). "Optical Absorption of Gallium Arsenide between 0.6 and 2.75 eV". Physical Review. 127 (3): 768–773. Bibcode:1962PhRv..127..768S. doi:10.1103/PhysRev.127.768
  54. ↑ Osamura, Kozo; Murakami, Yotaro (1972). "Free Carrier Absorption in n-GaAs". Japanese Journal of Applied Physics. 11 (3): 365–371. Bibcode:1972JaJAP..11..365O. doi:10.1143/JJAP.11.365. S2CID 120981460
  55. ↑ Monte Carlo calculations of the extraction of scintillation light from cryogenic n-type GaAs. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, 2022, s. 166803. DOI: 10.1016/j.nima.2022.166803.
  56. ↑ A New Fiber Optical Thermometer and Its Application for Process Control in Strong Electric, Magnetic, and Electromagnetic Fields Archivované 2014-11-29 na Wayback Machine. optocon.de (PDF; 2,5 MB)
  57. ↑ GaAs forms basis of tunable spintronics. compoundsemiconductor.net. September 2014
  58. ↑ Environment, health and safety issues for sources used in MOVPE growth of compound semiconductors. Journal of Crystal Growth, 2004, s. 816–821. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2004.09.007.
  59. ↑ Chemicals Listed Effective August 1, 2008 as Known to the State of California to Cause Cancer or Reproductive Toxicity: gallium arsenide, hexafluoroacetone, nitrous oxide and vinyl cyclohexene dioxide [online]. OEHHA, 2008-08-01. Dostupné online.
  60. ↑ a b Evaluation of the carcinogenicity of gallium arsenide. Critical Reviews in Toxicology, 2013, s. 436–466. DOI: 10.3109/10408444.2013.792329. PMID 23706044.
  61. ↑ NTP Technical Report On The Toxicology And Carcinogenesis Studies Of Gallium Arsenide (Cas No. 1303-00-0) In F344/N Rats And B6c3f1 Mice (Inhalation Studies) [online]. U.S. Department Of Health And Human Services: Public Health Service: National Institutes of Health, September 2000. Dostupné online.
  62. ↑ Safety Data Sheet: Gallium Arsenide [online]. Sigma-Aldrich, 2015-02-28. Dostupné online.

Literatúra

[upraviť | upraviť zdroj]

Pozri aj

[upraviť | upraviť zdroj]

Iné projekty

[upraviť | upraviť zdroj]

Zdroj

[upraviť | upraviť zdroj]

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Gallium arsenide na anglickej Wikipédii.

Zdroj: „https://sk.wikipedia.org/w/index.php?title=Arzenid_galitý&oldid=7688505“