Analiza materiałowa GaAs
1. Badanie złożonych materiałów półprzewodnikowych można prześledzić od początku ubiegłego wieku. Najstarsze zgłoszone materiały inP badali Thiel i in. w 1910 r. W 1952 r. niemiecki naukowiec Welker zbadał najpierw związki III-V jako nową rodzinę półprzewodników i zwrócił uwagę, że mają one lepsze właściwości, których nie posiadają pierwiastki półprzewodnikowe, takie jak Ge i Si. W ciągu ostatnich pięćdziesięciu lat badania na złożonych materiałach półprzewodnikowych poczyniły wielkie postępy, a także były szeroko stosowane w dziedzinie mikroelektroniki i optoelektroniki.
Materiały z arsenku galu (GaAs) są obecnie najliczniejszymi, szeroko stosowanymi, a zatem najważniejszymi złożonymi materiałami półprzewodnikowymi, a także najważniejszymi materiałami półprzewodnikowymi po krzemie. Ze względu na doskonałą wydajność i strukturę pasma, materiały GaAs mają ogromny potencjał w urządzeniach mikrofalowych i urządzeniach emitujących światło. Obecnie zaawansowana technologia produkcji materiałów arsenkowych galu nadal znajduje się w rękach dużych międzynarodowych firm, takich jak Japonia, Niemcy i Stany Zjednoczone. W porównaniu z firmami zagranicznymi, krajowe przedsiębiorstwa nadal mają dużą lukę w technologii produkcji materiałów z arsenku galu.
2. Właściwości i zastosowania materiałów arsenkowych galu
Arsenek galu jest typową strukturą pasma energetycznego typu przejścia bezpośredniego. Minimalna wartość pasma przewodnictwa i maksymalna wartość pasma walencyjnego znajdują się w centrum strefy Brillouina, czyli k = 0, co powoduje, że ma wysoką efektywność konwersji elektrooptycznej. Doskonały materiał do przygotowywania urządzeń fotowoltaicznych.
Przy 300K, zabroniona szerokość pasma GaAs wynosi 1,42V, czyli znacznie więcej niż 0,67V germanu i 1,12V krzemu. Dlatego urządzenia arsenkowe galu mogą pracować w wyższych temperaturach i wytrzymywać dużą moc.
W porównaniu z tradycyjnymi krzemowymi materiałami półprzewodnikowymi, materiały z arsenku galu (GaAs) mają dużą ruchliwość elektronów, dużą zabronioną szerokość pasma, bezpośrednią szczelinę pasma, niskie zużycie energii, a mobilność elektronów jest około 5,7 razy większa niż w przypadku materiałów silikonowych. Dlatego jest szeroko stosowany w produkcji urządzeń IC w komunikacji wysokiej częstotliwości i komunikacji bezprzewodowej. Produkowane w wysokiej częstotliwości, szybkie i odporne na promieniowanie urządzenia wysokotemperaturowe są powszechnie stosowane w dziedzinie komunikacji bezprzewodowej, komunikacji światłowodowej, komunikacji mobilnej, globalnej nawigacji GPS i tym podobnych. Oprócz przypadkowego zastosowania w produktach IC, materiały GaAs można również dodawać do innych elementów w celu zmiany ich struktury pasmowej, aby uzyskać efekt fotoelektryczny, do wytwarzania półprzewodnikowych urządzeń emitujących światło oraz do produkcji ogniw słonecznych z arsenku galu.