Nitruro de galio
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 12 de mayo de 2022; las comprobaciones requieren 5 ediciones .| nitruro de galio | |
|---|---|
| Celda unitaria de un cristal de GaN tipo wurtzita . Georgia norte | |
| General | |
Nombre sistemático |
nitruro de galio |
| nombres tradicionales | galio nitrogenado, mononitruro de galio, nitruro de galio(III) |
| química fórmula | GaN |
| Rata. fórmula | GaN |
| Propiedades físicas | |
| Estado | polvo amarillo |
| Masa molar | 83,73 g/ mol |
| Densidad | 6,15 g/cm³ |
| Propiedades termales | |
| La temperatura | |
| • fusión | >2500 [1] |
| Conductividad térmica | 130 W/(m·K) |
| Propiedades químicas | |
| Solubilidad | |
| • en agua | interactúa |
| Propiedades ópticas | |
| Índice de refracción | 2.29 |
| Estructura | |
| Geometría de coordinación | tetraédrico, grupo espacial C 6v 4 -P6 3 mc |
| Estructura cristalina |
tipo wurtzita , a = 0,319 nm , b = 0,519 nm [2] |
| Clasificación | |
| registro número CAS | 25617-97-4 |
| PubChem | 117559 |
| registro Número EINECS | 247-129-0 |
| SONRISAS | N#[Ga] |
| InChI | InChI=1S/Ga.NJMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N |
| RTECS | LW9640000 |
| ChemSpider | 105057 |
| La seguridad | |
| Toxicidad | No tóxico |
| Los datos se basan en condiciones estándar (25 °C, 100 kPa) a menos que se indique lo contrario. | |
| Archivos multimedia en Wikimedia Commons | |
El nitruro de galio es un compuesto químico inorgánico binario de galio y nitrógeno . Fórmula química de GaN. En condiciones ordinarias, una sustancia muy sólida con una estructura cristalina de tipo wurtzita . Semiconductor de brecha directa con una banda prohibida amplia : 3,4 eV (a 300 K ).
Se utiliza como material semiconductor para la fabricación de dispositivos optoelectrónicos en el rango ultravioleta ; desde 1990 comenzó a ser ampliamente utilizado en LEDs . También en dispositivos semiconductores de alta potencia y alta frecuencia .
Propiedades físicas
En condiciones normales, un cristal transparente incoloro . Cristaliza en una estructura tipo wurtzita , también es posible la cristalización de una fase metaestable con una estructura de esfalerita (zinc blenda). Refractarios y duros . Bastante sólido en su forma más pura. Tiene alta conductividad térmica y capacidad calorífica . [3]
Es un semiconductor de brecha directa con una banda prohibida de 3,39 eV a 300 K. En su forma pura, se puede cultivar en forma de películas delgadas monocristalinas sobre sustratos de zafiro o carburo de silicio , a pesar de que sus constantes de red son diferentes [3] . Cuando se alea con silicio u oxígeno, adquiere un tipo de conductividad electrónica . Cuando se alea con magnesio , se convierte en un semiconductor con una conductividad de tipo hueco [4] [5] . Pero los átomos de silicio y magnesio, al penetrar en la red cristalina de GaN, la distorsionan, lo que provoca el estiramiento mecánico de la red cristalina y hace que los monocristales se vuelvan quebradizos [6] : las películas de nitruro de galio, por regla general, tienen una alta concentración superficial de dislocaciones (de 100 millones a 10 mil millones por cm 2 ) [7] .
Síntesis
Los cristales de nitruro de galio se cultivan por síntesis directa a partir de elementos y a una presión de 100 atm en una atmósfera de nitrógeno y una temperatura de 750 °C (es necesario un aumento de la presión del medio gaseoso para la reacción del galio y el nitrógeno a temperaturas relativamente bajas; en condiciones de baja presión, el galio no reacciona con el nitrógeno por debajo de 1000°C):
.
El polvo de nitruro de galio también se puede obtener a partir de sustancias químicamente más activas:
, .
El nitruro de galio cristalino de alta calidad se puede obtener a baja temperatura mediante la deposición de vapor-gas sobre una capa tampón de AlN [8] . La obtención de cristales de nitruro de galio de alta calidad permitió estudiar la conductividad tipo p de este compuesto [5] .
Aplicación
Ampliamente utilizado para crear diodos emisores de luz , láseres semiconductores , transistores de microondas . [9]
Gracias a la implementación de la unión pn y el dopaje de la capa de transición con indio , fue posible crear LED azules y UV económicos y altamente eficientes [5] que emiten de manera eficiente a temperatura ambiente [10] (que también es necesario para láser ). radiación) [11] , esto condujo a la comercialización de LED azules de alto rendimiento y la larga vida útil de los diodos láser violeta, así como al desarrollo de dispositivos basados en nitruro, como detectores UV y FET de alta velocidad. La creación de LED azules InGaN de alto brillo, bajo costo y alta eficiencia fue lo último en el desarrollo de LED de colores primarios, y esto hizo posible crear pantallas LED a todo color [12] . Además, recubrir un LED azul con un fósforo que vuelve a irradiar parte de la radiación azul en la región verde-roja hizo posible crear LED blancos que se usan ampliamente en dispositivos de iluminación, varias linternas, lámparas y lámparas para diversos fines. Los nitruros (semiconductores) del tercer grupo son reconocidos como uno de los materiales más prometedores para la fabricación de dispositivos ópticos en las regiones visibles de onda corta y UV.
En 1993 se obtuvieron los primeros transistores de efecto de campo experimentales a partir de nitruro de galio [13] . Ahora esta área se está desarrollando activamente. Ahora, el nitruro de galio es un material prometedor para crear dispositivos semiconductores potentes , resistentes al calor y de alta frecuencia [14] . La gran brecha de banda significa que el rendimiento de los transistores de nitruro de galio se mantiene a temperaturas más altas en comparación con los transistores de silicio [15] . Debido al hecho de que los transistores de nitruro de galio pueden operar a temperaturas y voltajes más altos que los transistores de arseniuro de galio , este material es cada vez más atractivo para crear dispositivos utilizados en amplificadores de potencia de microondas. Las ventajas importantes de los transistores basados en este semiconductor son la velocidad en comparación con los productos creados con otras tecnologías: MOSFET e IGBT , así como la capacidad de trabajar con alto voltaje y alta confiabilidad [16] . Los mercados potenciales para dispositivos basados en GaN de alta potencia y alta frecuencia incluyen microondas ( amplificadores de potencia de radiofrecuencia ) y dispositivos de conmutación de alto voltaje para redes eléctricas [17] .
Una dirección prometedora para el uso del nitruro de galio es la electrónica militar , en particular, los módulos transceptores de estado sólido de un conjunto de antenas en fase activa (APAA) basado en GaN [18] . En Europa, el líder en el desarrollo y la aplicación de la tecnología del módulo transceptor (TRM) basado en GaN en AFAR es Airbus Defence and Space [19] [20] , que ha desarrollado y ofrece a la Armada de varios países un nuevo TRS a bordo de barcos. -radar 4D .
Tiene una mayor resistencia a la radiación ionizante (así como a otros materiales semiconductores, nitruros del grupo III), lo que es prometedor para la creación de baterías solares a largo plazo para naves espaciales .
El nitruro de galio es uno de los materiales más populares y prometedores de la electrónica moderna. El desarrollo de tecnologías basadas en este semiconductor es de importancia estratégica para industrias como la de telecomunicaciones, automotriz, automatización industrial y energía. Según las previsiones de los principales analistas de la industria, la tasa de crecimiento anual promedio del mercado mundial de electrónica de potencia basada en nitruro de galio hasta 2024 será del 85 %. [21]
Como sustrato para el nitruro de galio en dispositivos semiconductores, se utilizan zafiro , carburo de silicio y también diamante . [9]
Seguridad
El nitruro de galio no es tóxico [22] , pero su polvo irrita la piel, los ojos y los pulmones. Las fuentes de nitruro de galio pueden ser emisiones de empresas industriales.
Véase también
Enlaces
- Propiedades físicas del nitruro de galio // matprop.ru Archivado el 4 de marzo de 2016 en Wayback Machine .
- Kutolin S. A., Vulikh A. I., Sergeeva A. E. Un método para obtener nitruro de galio - Certificado de autor de la URSS ... Copia de archivo del 12 de diciembre de 2013 en Wayback Machine
- Bodnar Dmitri . El nitruro de galio es el principal entre los nuevos materiales para la microelectrónica de semiconductores // Componentes y tecnologías №4 '2018
Notas
- ↑ T. Harafuji y J. Kawamura. Simulación de dinámica molecular para evaluar el punto de fusión del cristal de GaN tipo wurtzita: Appl. Ph.. - 2004. - S. 2501 . -doi : 10.1063/ 1.1772878 .
- ↑ Bougrov V., Levinshtein ME, Rumyantsev SL, Zubrilov A., en Propiedades de materiales semiconductores avanzados GaN, AlN, InN, BN, SiC, SiGe . Eds. Levinshtein ME, Rumyantsev SL, Shur MS, John Wiley & Sons, Inc., Nueva York, 2001, 1–30
- ↑ 1 2 Isamu Akasaki y Hiroshi Amano. Crecimiento de cristales y control de conductividad de semiconductores de nitruro del grupo III y su aplicación a emisores de luz de longitud de onda corta: Jpn. Aplicación J. Phys.. - 1997. - S. 5393-5408 . -doi : 10.1143/ JJAP.36.5393 .
- ↑ Puente de información: Información científica y técnica del DOE - Documento n.º 434361 . Consultado el 3 de mayo de 2010. Archivado desde el original el 25 de mayo de 2011.
- ↑ 1 2 3 Hiroshi Amano, Masahiro Kito, Kazumasa Hiramatsu e Isamu Akasaki. Conducción de tipo P en GaN dopado con Mg tratado con irradiación con haz de electrones de baja energía (LEEBI): Jpn. Aplicación J. Phys.. - 1989. - S. L2112-L2114 . -doi : 10.1143/ JJAP.28.L2112 .
- ↑ Shinji Terao, Motoaki Iwaya, Ryo Nakamura, Satoshi Kamiyama, Hiroshi Amano e Isamu Akasaki. Fractura de la heteroestructura AlxGa1-xN/GaN: dependencia de composición e impurezas. - 2001. - S. L195-L197 . -doi : 10.1143/ JJAP.40.L195 .
- ↑ lbl.gov, diodos de luz azul . Consultado el 3 de mayo de 2010. Archivado desde el original el 25 de octubre de 2010.
- ↑ H. Amano. Crecimiento epitaxial en fase de vapor metalorgánico de una película de GaN de alta calidad utilizando una capa tampón de AlN : Letras de física aplicada . - 1986. - S. 353 . -doi : 10.1063/ 1.96549 . (enlace no disponible)
- ↑ 1 2 Natalya Bykova El nitruro de galio reemplaza al silicio. // Experto , 2022, No. 17-18. - Con. 68-71
- ↑ Hiroshi Amano, Tsunemori Asahi e Isamu Akasaki. Emisión estimulada cercana al ultravioleta a temperatura ambiente de una película de GaN cultivada en zafiro por MOVPE utilizando una capa tampón de AlN: Jpn. Aplicación J. Phys.. - 1990. - S. L205-L206 . -doi : 10.1143/ JJAP.29.L205 .
- ↑ Isamu Akasaki, Hiroshi Amano, Shigetoshi Sota, Hiromitsu Sakai, Toshiyuki Tanaka y Masayoshi Koike. Emisión estimulada por inyección de corriente desde un dispositivo de pozo cuántico de AlGaN/GaN/GaInN: Jpn. Aplicación J. Ph.. - 1995. - S. L1517-L1519 . -doi : 10.1143/ JJAP.34.L1517 .
- ↑ Morkoç, H. Tecnologías de dispositivos semiconductores basados en SiC, nitruro III-V y II-VI ZnSe de banda prohibida grande: Journal of Applied Physics . - 1994. - S. 1363 . -doi : 10.1063/ 1.358463 .
- ↑ Asif Khan, M. Transistor de efecto de campo de semiconductor metálico basado en GaN de cristal único: Letras de física aplicada . - 1993. - S. 1786 . -doi : 10.1063/ 1.109549 .
- ↑ Hajime Okumura. Estado actual y perspectiva futura de los dispositivos de alta potencia de semiconductores Widegap : Jpn. Aplicación J. Phys.. - 2006. - S. 7565–7586 . -doi : 10.1143/ JJAP.45.7565 .
- ↑ Revolución en el mercado de semiconductores: nitruro de galio vs silicio // 12 de noviembre de 2021
- ↑ El uso de transistores de nitruro de galio en la industria de la energía eléctrica // Elek.ru, 5 de abril de 2022
- ↑ Nitruro de galio: ¿una mini revolución en el mercado de los cargadores? ¿Qué es la carga de GaN y cómo funciona? // IXBT.com , 22 de febrero de 2020
- ^ "Los módulos basados en nitruro de galio establecen un nuevo estándar de 180 días para operación de alta potencia". Archivado el 20 de noviembre de 2021 en Northrop Grumman Wayback Machine , el 13 de abril de 2011.
- ↑ Cassidian amplía su posición de liderazgo en tecnología de radar de última generación . Consultado el 22 de agosto de 2014. Archivado desde el original el 26 de agosto de 2014.
- ↑ Radar naval TRS-4D Archivado el 27 de enero de 2013.
- ↑ La primera producción de transistores a base de nitruro de galio en Rusia se abrirá en Moscú // 05/08/2022
- ↑ La investigación encuentra que el nitruro de galio no es tóxico, es biocompatible: es prometedor para los implantes biomédicos // NC State News :: NC State News and Information . Fecha de acceso: 14 de noviembre de 2012. Archivado desde el original el 29 de abril de 2014.