Galliumarseniid

Galliumarseniid (GaAs) on pooljuhtmaterjal, mis koosneb võrdsest kogusest galliumist ja arseenist. Ta kuulub III-V pooljuhtide rühma. Galliumarseniid on monokristallina sfaleriidi kristallstruktuuriga. Ühikraku pikkus on 0,565325 nm. Toatemperatuuril on tihedus 5,32 g/cm³.

Legeerimine

Legeerimine tähendab pooljuhtmaterjali teiste elementide lisamist. Lisandid asendavad kristallvõres aatomeid, millega võivad tekitada kas aukjuhtivust (aktseptorlisand) või juhtivuselektrone (doonorlisand). Galliumarseniidi saab legeerida nii p-tüüpi kui n-tüüpi pooljuhiks. Enamik 6. rühma elemente, näiteks telluur, seleen ja väävel on galliumarseniidis doonorid. Enamik 2. rühma elemente, näiteks tsink, magneesium ja kaadmium käituvad aktseptoritena. Neljanda rühma elemendid süsinik ja räni on galliumarseniidis amfoteersed dopandid, kuid alla 10¹⁹ cm⁻³ legeerimise kontsentratsioonides asendab räni galliumi võrekohti ja käitub doonorina. Samas süsinik asendab arseeni võrekohti ja käitub aktseptorina. Madala efektiivse elektronide massi tõttu on enamik doonori energiatasemeid umbes 6 meV madalamad juhtivustsooni äärest. Aktseptorite energiatasemed on palju suurema varieeruvusega, tavaliselt 30 meV kuni 250 meV kõrgemad juhtivustsooni äärest. GaAs on tähtis materjal elektroonikakomponentide tööstuses, kuna seda saab toota nii, et see on poolisoleeriv. Poolisoleerivad omadused on suur eelis teiste materialide ees, kuna see muudab seadme isoleerimise oluliselt lihtsamaks. Lisaks võimaldab väike substraadi elektriline mahtuvus ehitada kiiremaid seadmeid kui räni baasil. Poolisoleerivad omadused võimaldavad teoorias 10⁸ Ωcm suurust takistust. Praktilistes rakendustes on suudetud saavutada vaid 10⁷ Ωcm suurusjärgus eritakistus. Keskne probleem nii suure eritakistuse saavutamisel on fermi nivoo täpne häälestamine keelutsooni keskele. Seda saab saavutada GaAs legeerimisel sügava aktseptoriga, näiteks kroomiga, ja see kompenseerida madala doonoriga. Tänapäeval kasutatakse pigem EL2 defekte, kuna tööstusprotsessides esinevad kõrged temperatuurid muudavad kroomi dopandi paigutuse materjalis ebaühtlaseks.

Nanotraadid

Galliumarseniidi nanotraate saab sünteesida suures koguses ja suure puhtuseastmega, kasutades laserkatalüütilist kasvatamist. Väljaemissiooni skaneeriva ja läbivkiirguse elektronmikroskoopia uuringud näitavad, et üle 90% saagisega sünteesitud galliumarseniidi nanotraadid on monokristallid (111) kasvutelgedega (111 on kristalli Milleri indeks, mis näitab ühikraku orientatsiooni kristalli suhtes). Need nanotraadid on 3–10 nm läbimõõduga ja üle 10 μm pikkused. Fotoluminestsentsi mõõtmised näitavad, et fotoluminestsentsi tipp on nihkunud madalamale lainepikkusele kui tavalisel kristallil. Nanotraatidel on fotoluminestasentsi piik 752 nm, 794 nm ja 836 nm, tavalisel kristallil 870 nm. See tuleneb nanotraatides esinevatest kvantefektidest. Galliumarseniidi nanotraadid võimaldavad toota optiliselt aktiivseid nanostruktuurseid pinnakatteid.

Päikesepaneelid

Üks meetod õhukese galliumarseniidi kilega päikesepaneelide toomiseks on amofoteerse germaaniumi kihile galliumarseniidi sadestamine. Substraadiks kasutatakse metallilist klaasi või planaarset räni. Amfoteerset tugevalt legeeritud germaaniumikihti kiiritatakse kõrge energiaga kiiritusega, mis tekitab kristalli kindla (001) ja (111) orientatsiooniga sadenemistsentrid. Metallorgaanilise keemilise sadestaminega aurufaasist kasvab galliumarseniidi epitaksiaalne kiht mööda pinda lateraalselt. Selle meetodiga saab toota üle 20% kasuteguriga päikesepaneele. 2012. aasta seisuga toodab väidetavalt maailma kõige suurema kasuteguriga seeriatootmises olevaid päikesepaneele ettevõte Solar Junction. Nende kasutegur on 43,5%. See on valmistatud galliumarseniidi baasil ja töötab päikesevalguse peeglite abil kontsentreerimise põhimõttel. Päikesepaneel koosneb kolmest eri lainepikkust neelavast kilest. Galliumarseniidi baasil valmistatud päikesepaneele kasutatakse satelliitides ja kosmoselaevades. Ränipäikesepaneelidega võrreldes on nad suurema kasuteguriga, mis kompenseerib kallima hinna kosmoserakedustes.