Галиум (III) оксид

Галиум(III) оксид — неорганско соединение и полупроводник со ултра широк пропусен јаз со формулата Ga2O3. Активно се изучува за апликации во енергетската електроника, фосфорите и сензорите за гасови. Соединението има неколку полиморфи, од кои моноклиничната β-фаза е најстабилна. Појасот на β-фазата од 4,7-4,9 eV и природните подлоги со голема површина го прават ветувачки конкурент на апликациите за енергетска електроника базирани на GaN и SiC и на сончевите слепи УВ фотодетектори. Ga2O3 покажува намалена топлинска спроводливост и подвижност на електроните по ред на големина во споредба со GaN и SiC, но се предвидува дека е значително поисплатлив поради тоа што е единствениот материјал со широк опсег што може да се одгледува од топење. Се смета дека β-Ga2O3 е тешко зрачење што го прави ветувачки за воени и вселенски апликации.

 Подготовка 
Галиум триоксидот се таложи во хидрирана форма при неутрализација на кисел или базен раствор на галиумова сол. Исто така, се формира при загревање на галиум во воздух или со топлинско разложување на галиум нитрат на 200–250 ˚C.

Кристалинот Ga2O3 може да се појави во пет полиморфи, α, β, γ, δ и ε. Од овие полиморфи β-Ga2O3 е термодинамички најстабилната фаза при стандардна температура и притисок Bailar, J; Emeléus, H; Nyholm, R; Trotman-Dickenson, A. F. (1973). додека α-Ga2O3 е најстабилниот полиморф при високи притисоци.

 β-Ga2O3 Епитаксијалните тенки слоеви може да се депонираат хетероепитаксијално на супстрати како што се сафирот, GaN, SiC и Si, како и хомоепитаксијално. На пример, ALD на супстрати од сафир на температури помеѓу 190 °C и 550 °C се докажани. Висококвалитетни β-Ga2O3 филмови исто така се одгледуваат со помош на техники како што се MBE, HVPE и MOVPE. HVPE се претпочита за полупроводнички уреди со вертикална моќност поради неговата брза стапка на раст. β-Ga2O3 епитаксијалните филмови одгледувани со MOVPE покажуваат повисоки мобилности на електрони и пониски концентрации на носители во позадина од оние што се одгледуваат со други техники за раст на тенок филм.

Може да се произведуваат масовни подлоги од β-Ga2O3, што е една од главните предности на овој материјален систем. Масовните подлоги може да се произведуваат во повеќе ориентации и со повеќе техники.

 α-Ga2O3 може да се добие со загревање на β-Ga2O3 на 65 kbars и 1100 °C. Има структура на корунд. Хидрираната форма може да се подготви со разградување на преципитираниот и „остарениот“ галиум хидроксид на 500 °C. Демонстрирани се епитаксијални тенки слоеви од α-Ga2O3 депонирани на подлоги од сафир c-рамнина (0001), m-рамнина (10-10) или a-рамнина (11-20).
 γ-Ga2O3 се подготвува со брзо загревање на гелот со хидроксид на 400-500 °C. Покристална форма на овој полиморф може да се подготви директно од галиум метал со солвотермална синтеза.
 δ-Ga2O3 се добива со загревање на Ga(NO3 )3 на 250 °C.
 ε-Ga2O3 се подготвува со загревање δ-Ga2O3 на 550 °C.Bailar, J; Emeléus, H; Nyholm, R; Trotman-Dickenson, A. F. (1973). Тенките фолии на ε-Ga2O 3 се таложат со помош на металорганска епитаксија во пареа фаза со користење на триметилгалиум и вода на супстрати од сафир на температури помеѓу 550 и 650 °C 

 Реакции 
Галиум (III) триоксидот е амфотеричен.Ebbing, Darrell D.; Gammon, Steven D. (2010) General Chemistry, 9th ed., Thomson Brooks/Cole.  Тој реагира со оксидите на алкалните метали на висока температура за да формира, на пр., NaGaO2, и со Mg, Zn, Co, Ni, Cu оксидите за да формира спинели, на пр., MgGa2O4.Downs, Anthony John (ed.) (1993) The Chemistry of Aluminium, Gallium, Indium and Thallium. Се раствора во силни алкали за да формира раствор на галатниот јон, </br> .

Со HCl, формира галиум трихлорид GaCl3.Zuckerman, J J and Hagen, A P eds. (2009) Inorganic Reactions and Methods, the Formation of Bonds to Halogens (Part 2), Wiley-VCH Verlag GmbH, 

Може да се редуцира до галиум субоксид (галиум(I) оксид) Ga2O со H2. или со реакција со галиум метал:Greenwood, N.N.; Emeleus, H. J. and Sharpe, A. G. (1963) "The chemistry of Gallium" in Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry, Vol. 5, Elsevier, Academic Press

 Структура 
β-Ga2O3, со точка на топење од 1900 ˚C, е најстабилната кристална модификација. Оксидните јони се во изобличен кубен распоред на најблиското пакување, а јоните на галиум (III) зафаќаат искривени тетраедрални и октаедрални места, со растојанија на врската Ga–O од 1,83 и 2,00 Å соодветно.King, R. B. (1994) Encyclopedia of Inorganic Chemistry.

α- Ga2O3 ја има истата структура ( корунд ) како α - Al2O3, каде што јоните на Ga се 6-координати.

γ-Ga2O3 има дефектна спинел структура слична на онаа на γ-Al2O3.

ε-Ga2O3 филмовите депонирани со металорганска епитаксија на пареа фаза покажуваат колонозна структура со орторомписки кристален систем. Макроскопски, оваа структура се гледа со рендгенска кристалографија како шестаголно блиску спакувана.

κ-Ga2O3 има орторомбна структура и се формира со 120 ° двојни домени што резултира со шестаголна симетрија која често се идентификува како ε-Ga2O3.

 Апликации 
Галиум (III) оксид е проучен за употреба како пасивни компоненти во ласери, фосфори, и луминисцентни материјали  како и активни компоненти за сензори за гас, енергетски диоди, и моќни транзистори.  Од првото објавување во јануари 2012 година од страна на Националниот институт за информатичка и комуникациска технологија, во соработка со Tamura Co., Ltd. и Koha Co., Ltd. на првото поле во светот со еднокристален галиум оксид (Ga2O3 ) ефективни транзистори, доминантниот интерес за галиум оксид е во β-полиморфот за енергетска електроника.

Моноклиничкиот  β-Ga2O3 покажа зголемени перформанси од 2012 година, приближувајќи се до најсовремените уреди за моќност GaN и SiC. β-Ga2O3 Шоткиевите диоди го надминаа пробивниот напон  2400 V. β - Ga2O3 / NiOx p-n диодите покажаа пробивен напон над 1200 V. имаат поединечно постигнати бројки за заслуги од f T од 27 GHz, f MAX од 48 GHz, и просечно поле на дефект од 5,4 MV/cm. Ова поле го надминува она што е можно во SiC или GaN.

ε-Ga 2 O 3 тенки фолии депонирани на сафир покажуваат потенцијални апликации како сончев слеп УВ фотодетектор.

 Наводи 

Категорија:Соединенија на галиумот
Категорија:Сесквиоксиди