Ανάλυση υλικού GaAs
1. Η μελέτη των σύνθετων υλικών ημιαγωγών μπορεί να αναχθεί στις αρχές του περασμένου αιώνα. Τα παλαιότερα αναφερόμενα inP υλικά που μελετήθηκαν από τους Thiel et al. το 1910. Το 1952, ο Γερμανός επιστήμονας Welker μελέτησε για πρώτη φορά τις ενώσεις III-V ως νέα οικογένεια ημιαγωγών και επεσήμανε ότι έχουν ανώτερες ιδιότητες που δεν διαθέτουν στοιχειώδη υλικά ημιαγωγών όπως Ge και Si. Τα τελευταία πενήντα χρόνια, η έρευνα για σύνθετα υλικά ημιαγωγών έχει σημειώσει μεγάλη πρόοδο και έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως και στους τομείς της μικροηλεκτρονικής και της οπτοηλεκτρονικής.
Τα υλικά αρσενικού γαλλίου (GaAs) είναι σήμερα τα πιο άφθονα, ευρέως χρησιμοποιούμενα και ως εκ τούτου τα πιο σημαντικά σύνθετα υλικά ημιαγωγών και τα σημαντικότερα υλικά ημιαγωγών μετά το πυρίτιο. Λόγω της ανώτερης απόδοσης και της δομής της μπάντας, τα υλικά GaAs έχουν μεγάλο δυναμικό σε συσκευές μικροκυμάτων και συσκευές εκπομπής φωτός. Προς το παρόν, η προηγμένη τεχνολογία παραγωγής υλικών αρσενικού του γαλλίου βρίσκεται ακόμα στα χέρια μεγάλων διεθνών εταιρειών όπως η Ιαπωνία, η Γερμανία και οι Ηνωμένες Πολιτείες. Σε σύγκριση με τις ξένες εταιρείες, οι εγχώριες επιχειρήσεις εξακολουθούν να έχουν μεγάλο χάσμα στην τεχνολογία παραγωγής υλικών αρσενικού γαλλίου.
2. Ιδιότητες και χρήσεις υλικών αρσενικού γαλλίου
Το αρσενικό του γαλλίου είναι μια τυπική δομή ενεργειακής ζώνης τύπου άμεσης μετάβασης. Η ελάχιστη τιμή της ζώνης αγωγιμότητας και η μέγιστη τιμή της ζώνης σθένους βρίσκονται στο κέντρο της ζώνης Brillouin, δηλαδή k = 0, γεγονός που την καθιστά υψηλή απόδοση ηλεκτρο-οπτικής μετατροπής. Ένα εξαιρετικό υλικό για την προετοιμασία φωτοβολταϊκών συσκευών.
Στα 300K, το απαγορευμένο εύρος ζώνης του υλικού GaAs είναι 1,42V, το οποίο είναι πολύ μεγαλύτερο από 0,67V γερμάνιο και 1,12V πυρίτιο. Επομένως, οι συσκευές αρσενικού γαλλίου μπορούν να λειτουργούν σε υψηλότερες θερμοκρασίες και να αντέχουν σε μεγάλη ισχύ.
Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά υλικά ημιαγωγών πυριτίου, τα υλικά αρσενιδίου του γαλλίου (GaAs) έχουν υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων, μεγάλο πλάτος απαγορευμένης ζώνης, άμεσο κενό ζώνης, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και κινητικότητα ηλεκτρονίων είναι περίπου 5,7 φορές εκείνη των υλικών πυριτίου. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή συσκευών IC υψηλής συχνότητας και ασύρματης επικοινωνίας. Οι συσκευές υψηλής θερμοκρασίας, υψηλής ταχύτητας και ακτινοβολίας, που παράγονται με υψηλή θερμοκρασία, χρησιμοποιούνται γενικά στους τομείς της ασύρματης επικοινωνίας, της επικοινωνίας με οπτικές ίνες, της κινητής επικοινωνίας, της παγκόσμιας πλοήγησης GPS και των συναφών. Εκτός από την τυχαία εφαρμογή σε προϊόντα IC, τα υλικά GaAs μπορούν επίσης να προστεθούν σε άλλα στοιχεία για να αλλάξουν τη δομή της ζώνης τους για να παράγουν φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα, να κατασκευάσουν ημιαγωγούς συσκευές εκπομπής φωτός και να κατασκευάσουν ηλιακά κύτταρα αρσενικού γαλλίου.