砷化鎵

砷化鎵（化學式：GaAs）是鎵和砷兩種元素所合成的化合物，也是重要的IIIA族、VA族化合物半导体材料，用來製作微波積體電路、紅外線發光二極體、半导体激光器和太陽電池等元件。砷化镓為1類致癌物。

GaAs化合物半导体特别适合应用于无线通信中的高频传输领域，现在越来越多被应用于射频前端器件，这是因为GaAs化合物半导体电子迁移率比传统的硅快，且具有抗干扰、低噪声与耐高电压、耐高温与高频使用等特性，在4G与5G时代有高度需求。

性质
砷化镓是重要的化合物半导体材料，外观呈亮灰色，具金属光泽、性脆而硬。常温下比较稳定。加热到873K时，外表开始生成氧化物形成氧化膜包腹。常温下，砷化镓不与盐酸、硫酸、氢氟酸等反应，但能与浓硝酸反应，或氨水與雙氧水混和的溶液，也能与热的盐酸和硫酸作用。

制备
砷化镓天然存量稀少，通常采用镓和砷直接化合的方法，其中水平区域熔炼法是普遍采用的方法。通过区域提纯便可获得单晶。
采用间接的方法也可获得砷化镓。如用砷蒸气还原来制备砷化镓；Ga(CH3)3和AsH3在一定温度下，发生热分解得到砷化镓。

4GaCl + 2H2 + As4 → 4GaAs + 4HCl
Ga(CH3)3 + AsH3 → GaAs + 3CH4

應用
砷化鎵的優點
電子物理特性
砷化鎵擁有一些比矽還要好的電子特性，如較高的及电子迁移率，使得砷化鎵可以應用於高於250 GHz的場合。如果等效的砷化鎵和Si元件同時都操作在高頻時，砷化鎵會擁有較少的雜訊。也因為砷化鎵有較高的-{zh-hans:击穿电压;zh-hant:崩潰電壓;}-，所以砷化鎵比同樣的Si元件更適合操作在高功率的場合。因為這些特性，砷化鎵電路可以運用在行動電話、衛星通訊、微波點對點連線、雷達系統等地方。砷化鎵曾用來做成Gunn diode（中文翻做「甘恩二極體」或「微波二極體」，中国大陆地区叫做「耿氏二极管」）以發射微波。現今以矽為基材而製成的RFCMOS雖可達到高操作頻率及高整合度，但其先天物理上缺點如-{zh-hans:击穿电压;zh-hant:崩潰電壓;}-較低、基板於高頻環境易損耗、訊號隔離度不佳、低輸出功率密度等，使其在功率放大器及射頻開關應用上始終難以跟砷化鎵匹敵砷化鎵應用就在你身邊（2）─衛星通訊與光通訊 ，[2009-10-29]，黃書瑋，DigiTimes電子時報，大椽股份有限公司。
能隙
砷化鎵的另一個優點是的材料，所以可以應用在發光裝置上。而矽是的材料，發出的光非常微弱。最近的技術已可用矽做成LED和運用在雷射領域，可是發光效率仍不甚理想。
切換速度
因為砷化鎵的切換速度快，所以被認為是半導體的理想材料。1980年代時，大眾普遍認為微電子市場的主力材料將從矽換成砷化鎵，首先試著嘗試切換材料的有超級電腦之供應商克雷公司、及，這些公司都試著要搶下CMOS微處理器技術的領導地位。Cray公司最後終於在1990年代早期建造了一台砷化鎵為基礎的機器，叫。但這項成就還沒有被充分地運用，公司就在1995年破產了，於1996年被-{zh-cn:硅谷图形公司;zh-hk:矽谷圖形公司;zh-tw:視算科技;}-收購；經種種難關，在2000年後原名復活。
抗天然輻射
砷化鎵比矽更不會受到自然輻射的干擾，不易產生錯誤訊號顧客關係管理對顧客滿意度與忠誠度影響之研究－以台灣砷化鎵半導體磊晶廠為例 。中原大學／企業管理研究所／93／碩士研究生：莊玉玲。指導教授：廖本哲，NCL 。

矽的優點
地球表面有大量可提煉出矽的原料－矽酸鹽礦，所以與砷化鎵相比，提煉成本較低。矽基材的製程在業界已進入量產期許久，製造成本低廉；且矽也有較好的物理應力，可製成大尺寸的晶圓，進一步降低生產成本。矽工業已發展到規模經濟（透過高產能以降低單位成本）的階段，更降低了業界使用砷化鎵的誘因。
矽來源多且很容易轉換成二氧化矽（在電子元件中是優良絕緣體），而二氧化矽可以輕易地被整合到矽電路中，且兩者擁有很好的界面特性。反觀，砷化鎵很難產生一層穩定且堅固附著在砷化鎵上的絕緣層。
矽擁有很高的電洞移動率，在需要CMOS邏輯時，高電洞率可以達成高速的P-通道場效應電晶體。如果需要快速的CMOS結構，雖然砷化鎵的電子移動率快，但因為功率消耗高，所以砷化鎵電路較難被整合到矽電路內。

砷化鎵的異質結構
因為砷化鎵和砷化鋁（AlAs）的晶格常數幾乎一樣，可以利用-{zh-hant:分子束磊晶;zh-hans:分子束外延;}-（molecular beam epitaxy, MBE）或有機金屬氣相磊晶 （metal-organic vapour phase epitaxy，MOVPE，也稱做有機金屬化學氣相沉積法），在砷化鎵上輕易地形成異質的結構，生長出砷化鋁或（AlxGa1-xAs）合金；且因為生長出的合金層應力小，所以幾乎可以任意調整生長厚度。

砷化鎵的另一個重要應用是高效率的太陽電池。1970年時，Zhores Alferov和他的團隊在蘇聯做出第一個砷化鎵異質結構的太陽電池Alferov, Zh. I., V. M. Andreev, M. B. Kagan, I. I. Protasov, and V. G. Trofim, 1970, ‘‘Solar-energy converters based on p-n AlxGa12xAs-GaAs heterojunctions,’’ Fiz. Tekh. Poluprovodn. 4, 2378 (Sov. Phys. Semicond. 4, 2047 (1971))]Nanotechnology in energy applications , pdf, p.24Nobel Lecture  by Zhores Alferov, pdf, p.6。用砷化鎵、Ge和InGaP三種材料做成的三接面太陽電池有32%以上的效率，且可以操作在2,000 suns下的劇烈強光。這種太陽電池曾運用在美國NASA探測火星表面的機器人-{zh-hans:勇气号火星探测器;zh-hant:精神號漫遊者;}-（Spirit Rover）和-{zh-hant:機會號漫遊者;zh-hans:机遇号;}-（Opportunity Rover），且許多太空載具的太陽電池板陣列都是出於砷化鎵。

利用布里奇曼-史托巴格法（）可以製造出砷化鎵的單晶，因為砷化鎵的力學特性，所以柴可拉斯基法（）很難運用在砷化鎵材料的製作。

 安全 
砷化鎵的毒性至今仍沒有被很完整的研究。因為它含有砷，經研究指出，砷是有毒的，也是一種致癌物質。但因為砷化鎵的晶體很穩定，所以如果身體吸收了少量，其實是可以忽略的（指「短時間」，長時間仍有累積成生物毒性，需要不定期體檢）。當要做晶圓抛光製程（晶圓使表面微粒變小）時，表面的區域會和水起反應，釋放或分解出少許的砷。就環境、健康和安全等方面來看砷化鎵（就像是三甲基鎵和砷）時，及有機金屬前驅物的工業衛生監控研究，都最近指出以上的觀點。

 相關 
相關技術
 電子學
 場效應電晶體
 異質結構射極雙極性電晶體
 積體電路
 半導體
 半導體元件
 太陽電池
 磁性半導體

相關材料
 砷化鋁
 砷化銦
 銻化鎵
 磷化鎵
 砷化鋁鎵
 砷化銦鎵
 磷砷化鎵
 氮化鎵
 MOVPE
 三甲基鎵
 砷化氫
 氯化氫

騙局
 博達科技掏空案

參考文獻
腳注

引用

外部連結
 Case Studies in Environmental Medicine: Arsenic Toxicity 
 Extensive site on the physical properties of Gallium arsenide 
 Facts and figures on processing Gallium Arsenide
Semiconductor Today: Online resource covering compound semiconductors and advanced silicon materials and devices 

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