Arseniuro de indio galio

arseniuro de indio galio

Celda unitaria de cristales tipo zincblenda
     Ga o en          Como
General

Nombre sistemático		 arseniuro de indio galio
nombres tradicionales arseniuro de indio y galio ,
arseniuro de indio y galio , arseniuro de indio y
galio ,
arseniuro de indio y galio
química fórmula Ga x In 1-x As
Propiedades físicas
Masa molar variable, depende
de x g/ mol
Densidad 6,06 - 0,41 x
Propiedades termales
La temperatura
 •  fusión 942 a 1240 °C
Propiedades químicas
la constante dielectrica 8 - 12
Estructura
Geometría de coordinación tetraédrico
Estructura cristalina

cúbico,

tipo esfalerita
La seguridad
NFPA 704 Diamante de cuatro colores NFPA 704 una 2 una
Los datos se basan en condiciones estándar (25 °C, 100 kPa) a menos que se indique lo contrario.

El arseniuro de galio-indio (otros nombres: arseniuro de indio y galio, arseniuro de indio-galio, arseniuro de indio -galio , arseniuro de galio-indio , etc.) es un compuesto triple de arsénico con indio trivalente y galio, un compuesto de composición variable, la composición es expresado por la fórmula química Ga x In 1-x As . Aquí, el parámetro x toma valores de 0 a 1 y muestra el número relativo de átomos de galio e indio en el compuesto. En x=1, la fórmula corresponde al arseniuro de galio (GaAs), en x=0, al arseniuro de indio (InAs).

En la literatura, el parámetro x, donde no hay ambigüedad, generalmente se omite, y la fórmula de GaInAs implica precisamente este compuesto de la composición variable especificada. En un sentido más estricto, la designación GaInAs se refiere a la composición más estudiada con la fórmula Ga 0.47 In 0.53 As , esto suele indicarse explícitamente. A veces, en la literatura, se encuentra la designación de este compuesto InGaAs.

El compuesto es un semiconductor con alta movilidad de portadores de carga . Se utiliza como material semiconductor para crear dispositivos de microondas , LED , láseres semiconductores , fotosensores , células fotovoltaicas , generalmente en heteroestructuras .

Historia de obtención y estudio

Por primera vez, TP Pearsall obtuvo películas monocristalinas de InGaAs en 1976. Como sustrato, el investigador utilizó un monocristal de fosfuro de indio y aplicó el método de epitaxia en fase gaseosa . También estudió sus propiedades semiconductoras, como movilidades, masas portadoras efectivas , banda prohibida y otras propiedades fundamentales del InGaAs. En 1978, TP Peirsol demostró por primera vez un diodo pin eficiente hecho de InGaAs, y en 1980, un fotodiodo unipolar hecho del mismo compuesto.

Hoy en día (2012), ambos tipos de estos dispositivos son ampliamente utilizados en la tecnología de fibra óptica .

Propiedades físicas

Los InGaAs son cristales grises, casi negros, con un brillo metálico . La temperatura de fusión varía según la composición (x) desde 942 °C (para InAs) hasta 1240 °C (para GaAs). El compuesto bien estudiado Ga 0.47 In 0.53 As se funde a aproximadamente 1100°C.

Estructura cristalina

El sistema cristalino de InGaAs es cúbico, como la blenda de zinc ( esfalerita ). Grupo espacial de simetría T d 2 -F35m. La constante de red L depende del parámetro x y se describe mediante la fórmula empírica:

L \u003d 0.606 - 0.041 x ( nm ).

La constante de red del arseniuro de galio (GaAs) es solo un 0,08% diferente de la del germanio . La sustitución de solo 1,5 % de Ga en GaAs por In proporciona una coincidencia constante de red casi perfecta, lo que reduce las tensiones en las películas de Ge crecidas sobre GaAs o las películas de GaAs sobre Ge y reduce la concentración de dislocaciones, trampas de carga y estados superficiales. Una forma alternativa de hacer coincidir las constantes de red es dopar Ge con silicio (Si) (alrededor del 1%).

Semiconductores y propiedades ópticas

Las propiedades ópticas y de los semiconductores dependen en gran medida de la proporción de In y Ga.

La banda prohibida E g a 300 K cambia suavemente dependiendo de x de 0,354 eV para InAs a 1,42 eV para GaAs de acuerdo con la fórmula empírica :

E g \u003d 0.354 + 0.63 x + 0.43 x 2 (eV).

Es la presencia de indio en este compuesto lo que determina la "bidimensionalidad" de la densidad de los portadores de carga.

La composición del compuesto Ga 0.47 In 0.53 As tiene un límite de absorción en el rango infrarrojo (IR) de 1.68 μm. El aumento de la concentración de indio en el compuesto cambia este límite a 2,6 μm. Con un aumento excesivo en la concentración de In en comparación con Ga, aumenta la posibilidad de tensiones mecánicas en la película epitaxial debido al desajuste de las constantes de la red durante el crecimiento en un monocristal de InP. Para evitar esto, se deben tomar medidas adicionales.

Conseguir

Las películas epitaxiales de InGaAs generalmente se cultivan en sustratos mediante epitaxia en fase gaseosa a partir de una mezcla enrarecida de gases, por ejemplo, trimetilgalio , trimetilindio y arsina , y el parámetro x en este proceso se puede controlar cambiando las concentraciones de trimetilgalio y trimetilindio en el gas. :

2 Ga(CH 3 ) 3 + 2 In(CH 3 ) 3 + 2 AsH 3 → 2 InGaAs + 3 C 2 H 6 + 6 CH 4 .

Las películas de InGaAs también se obtienen por epitaxia de haces moleculares :

4 Ga + 4 In + As 4 → 4 GaInAs.

El fosfuro de indio monocristalino (InP) se suele utilizar como sustrato. Para igualar los parámetros de la red, esta última se somete a tensión mecánica [1] .

Propiedades químicas

GaInAs es un compuesto relativamente inerte. Reacciona con agua y ácidos para liberar arsina , formando así hidróxidos (con agua) o las sales correspondientes (con ácidos). Para simplificar los coeficientes, se muestra la interacción del agua con el contenido equiatómico de galio e indio, que corresponde a la fórmula Ga 0.5 In 0.5 As:

GaInAs2 + 6 H2O → Ga (OH) 3 + In(OH) 3 + 2 AsH3 ;

Es oxidado por el oxígeno a óxidos de metales trivalentes y, dependiendo de las condiciones de oxidación, a arsénico elemental u óxidos de arsénico.

Aplicación

GaInAs se utiliza como material en la creación de dispositivos electrónicos para electrónica de alta corriente, electrónica de microondas , receptores ópticos y emisores en el rango IR. Tiene ventajas sobre el arseniuro de galio y silicio debido a la mayor movilidad de los portadores de carga.

Al variar la composición (x), es posible optimizar los espectros de emisión y la sensibilidad de los receptores en el IR cercano, que se utiliza en tecnologías de transmisión de datos de fibra óptica que utilizan radiación IR con una longitud de onda de 1300 y 1550 nm.

Con base en este material se fabrican transistores de microondas , en particular, se informó que se creó un transistor de alta movilidad de electrones (HEMT) (HPE) basado en la heteroestructura InP-InGaAs, cuya frecuencia de operación es récord y superó los 600 GHz [2] .

GaInAs está reemplazando al germanio como material para fabricar detectores de infrarrojo cercano, ya que tiene una corriente oscura mucho más baja y se usa en algunas cámaras de infrarrojo cercano.

Además, InGaAs tiene menos ruido de avalancha en comparación con el germanio, en fotodiodos de avalancha , donde se utiliza como capa de avalancha.

Es prometedor utilizar GaInAs como cuerpo de trabajo de láseres semiconductores que operan en longitudes de onda de 905 nm, 980 nm, 1060 nm y 1300 nm.

Los puntos cuánticos de GaInAs en una matriz de GaAs se han estudiado desde el punto de vista de las aplicaciones en láseres.

El compuesto Ga 0.47 In 0.53 As se puede utilizar como capa intermedia con mayor bandgap en células fotovoltaicas multicapa , ya que debido a la excelente coincidencia de sus constantes de red con el germanio, la densidad de dislocaciones disminuye y, por tanto, aumenta la eficiencia de la célula.

Toxicidad y nocividad

Desde este punto de vista, GaInAs no ha sido suficientemente estudiado. Se sabe que el polvo del compuesto causa irritación en la piel, los ojos y los pulmones. Además, al interactuar con agua o ácidos, se libera arsina muy venenosa. Los aspectos de salud y seguridad ocupacional en el proceso de epitaxia gaseosa, que utiliza compuestos como el trimetilgalio y la arsina, se describen en la revisión [3] .

Véase también

Notas

  1. ↑ ¿Qué es InGaAs?  (enlace no disponible)
  2. ↑ El transistor InP e InGaAs se rompe a 600 GHz. Archivado desde el original el 4 de enero de 2006.
  3. ↑ Shenai-Khatkhate, DV; Goyette, RJ; DiCarlo, R. L. Jr.; Dripps, G. Cuestiones ambientales, de salud y seguridad para las fuentes utilizadas en MOVPE Crecimiento de semiconductores compuestos  //  Journal of Crystal Growth: journal. - 2004. - vol. 272 , núm. 1-4 . - P. 816-821 . -doi : 10.1016/ j.jcrysgro.2004.09.007 .

Enlaces

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