Galliumarsenid

De binäre cheemsche Verbinnen Galliumarsenid (GaAs) is en Halfleiderwarkstoff, de halfleiden (doteert mit Elementen ut de Gruppen II, IV oder VI vun’t Periodensystem) aver ok semiisoleeren (nich doteert) wesen kann. De Verbinnen un Epitaxie-Schichten, de op dit Substratmaterial opboet, sünd dat Utgangsprodukt för de Produkschoon vun elektronische Boelementen för de Hoochfrequenz-Anwennen as ok för de Ümwanneln vun elektrische in optische Signalen.

 Kristallopbo 
Galliumarsenid kristalliseert kuubsch in de Struktur vun’t Sphalerit. Dat heet, dat besteiht ut twee in’nannerstellte kuubsch-flachzentreerte Gidders, de jeed mit Gallium (Grupp III) oder Arsen-Atomen (Grupp V) besett sünd, de üm en Veerdel vun de Ruumschraag vun de kuubschen Eenheitszell gegen’nanner schaven sünd. De Gidderkunstant bedriggt bi Ruumtemperatur 0,56533 Nanometer (= 5,6533 Ångström), dat sünd ümrekent 4,43 × 1022 Atomen/cm³. De Energielück bi 300 K (Ruumtemperatur) bedriggt 1,424 eV. As in de vereenfachten Bandstruktur (Bild links) to sehn is, is Galliumarsenid en direkten Halfleider.

 Anwennen 
In de Grundlagenforschen un in de Halfleiderindustrie warrt Galliumarsenid vör allen in’n Rahmen vun’t Materialsystem Aluminiumgalliumarsenid to’n Herstellen vun Halfleider-Heterostrukturen bruukt. Bodeelen ut Galliumarsenid hebbt en ruchweg teihnmol so hoge Transitfrequenz as vergliekbore Bodeelen ut Silizium. Se wiest weniger Ruuschen op un elektrische Schaltungen, de dorut opboet sünd, bruukt weniger Energie as de vergliekboren Saken ut Silizium. GaAs is en Grundlaag för High-Electron-Mobility-Transisters, de in de Hoochfrequenztechnik insett warrt. Dorut künnt ruuscharme Hoochfrequenzverstarkers (LNA) opboet warrn, de to’n Bispeel in de Satellitenkommunikatschoon oder bi Radaranlagen insett warrt.

Butendem warrt Galliumarsenid bruukt, üm mit Help vun Lasers oder böverflachenafstrahlen Lasers (VCSEL) Informatschonen för Glasfeesnetten to sennen un Satelliten mit Energie ut hoochspezialiseerte Solarzellen (Fotovoltaik) to versorgen. In’n Alldag warrt Galliumarsenid in Lücht- un Laserdioden anwennt.

Liekers hett Galliumarsenid dat Silizium noch nich as Massen-Halfleider för den Alldagsbruuk aflösen künnt. De Grünnen dorför sünd vör allen de dütlich högeren Proesen för de Utgangsstoffen Gallium un Arsen as ok de opwännigere Technologie för de Produkschoon vun Eenkristallen. De hoge technoloogsche Opwand sett togliek ok en Grenz för de Masse un den Dörmeter vun de Galliumarsenid-Eenkristallen. Butendem laat sik in Silizium lichter isoleeren Rebeden tügen as dat in GaAs mööglich is. As in’t Galliumarsenid ok keen go’en p-Kanal-Feldeffekttransisters ümsett warrn künnt, is de CMOS-Schaltungstechnik in GaAs nich mööglich. De energeetsche Vördell vun GaAs kehrt sik dorüm in veele Anwennensrebeden in’t Gegendell üm.

Dorto kamt noch, dat Silizium afsluut nich giftig is, in’n Gegendeel to Arsen, wat düchtig giftig is. Sünners bi’t Herstellen vun Galliuarsenid mutt bannig Acht geven warrn. Dat maakt ok tosätzliche Problemen bi’t Entsorgen vun GaAs.

 Herstellen 
Dat Herstellen vun Galliumarsenid-Eenkristallen (Kristalltucht) warrt ut en Smölt vun de beiden Elementen maakt dör dampdruckstüerte Tegeltehverfohren, t. B. „Liquid Encapsulated Czochralski“- oder „Vertical Gradient Freeze“-Verfohren (LEC oder. VGF-Verfohren). Stand vun de Technik sünd Wafer mit’n Dörmeter vun 150 mm, wobi de Mööglichkeit to’n Herstellen vun Wafern mit 200 mm Dörmeter nawiest worrn is.

GaAs- oder ALGaAs-Schichten künnt epitaktisch op Substraten herstellt warrn. Ok solke Schichten sünd Eenkritallen. Normalerwies passeert dat mit en Snelligkeit vun ruchweg 1 µm/h afhangig vun’t Epitaxieverfohren.

 Kiek ok 
 Fastkörperphysik
 Halfleiderphysik

 Literatur 
 S. Adachi: GaAs and related materials : Bulk semiconducting and superlattice properties. World Scientific, Singapore 1994, ISBN 981-02-1925-3.
 O. Madelung, M. Schulz, H. Weiss: Semiconductors : Technology of Si, Ge and SiC. In: Landolt-Bornstein - Group III: Condensed Matter. 17c, Springer, Berlin 1984, ISBN 0-387-11474-2.
 M. Schulz, H. Weiss: Semiconductors : Technology of III-V, II-VI and non-tetrahedrally bonded compounds. In: Landolt-Bornstein - Group III: Condensed Matter. 17d, Springer, Berlin 1984, ISBN 0-387-11779-2.

 Weblenken 
 Physical properties of Gallium Arsenide (GaAs). Ioffe-Institut St. Petersburg (engelsch)

 Borns 

Kategorie:Chemisch Verbinnen
Kategorie:Halfleider