WikiSort.ru - Не сортированное

Нитрид галлия
__ Ga     __ N
Общие
Хим. формула	GaN
Физические свойства
Состояние	жёлтый порошок
Молярная масса	83,73 г/моль
Плотность	6,15 г/см³
Термические свойства
Т. плав.	>2500[1]
Теплопроводность	130 Вт/(м·K)
Химические свойства
Растворимость в воде	Взаимодействует
Оптические свойства
Показатель преломления	2,29
Структура
Координационная геометрия	тетраэдральная, пространственная группа C6v4-P63mc
Кристаллическая структура	типа вюрцита, постоянные решётки: a = 0,319 нм, b = 0,519 нм[2]
Классификация
Рег. номер CAS	25617-97-4
PubChem	117559
Рег. номер EINECS	247-129-0
SMILES	N#[Ga]
InChI	1S/Ga.N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N
RTECS	LW9640000
ChemSpider	105057
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Нитри́д га́ллия — бинарное неорганическое химическое соединение галлия и азота. Химическая формула GaN. При обычных условиях очень твёрдое вещество с кристаллической структурой типа вюрцита. Прямозонный полупроводник с широкой запрещённой зоной — 3,4 эВ (при 300 K).

Используется в качестве полупроводникового материала для изготовления оптоэлектронных приборов ультрафиолетового диапазона. Начал широко использоваться в светодиодах с 1990 года, а также мощных и высокочастотных полупроводниковых приборах. Имеет повышенную устойчивость к ионизирующему излучению (также, как и другие полупроводниковые материалы — нитриды III группы), что перспективно для создания длительно работающих солнечных батарей космических аппаратов.

Из-за того, что транзисторы из нитрида галлия могут сохранять работоспособность при более высоких температурах и напряжениях, чем транзисторы из арсенида галлия, этот материал становится всё более привлекательным для создания приборов применяемых в усилителях мощности СВЧ.

Физические свойства

При нормальных условиях кристаллический порошок жёлтого цвета. Кристаллизуется в структуре типа вюрцита. Тугоплавок и твёрд. В чистом виде довольно прочный. Обладает высокой теплопроводностью и теплоёмкостью^[3].

Является прямозонным полупроводником с шириной запрещённой зоны 3.39 эВ при 300 K. В чистом виде может быть выращен в виде монокристаллических тонких плёнок на подложках из сапфира или карбида кремния, несмотря на то, что их постоянные решёток различны^[3]. При легировании кремнием, либо кислородом приобретает электронный тип проводимости. При легировании магнием становится полупроводником с дырочным типом проводимости^[4][5]. Но атомы кремния и магния, внедряясь в кристаллическую решётку GaN искажают её, что вызывает механическое растяжение кристаллической решётки и придаёт монокристаллам хрупкость^[6]. Плёнки нитрида галлия, как правило, имеют высокую поверхностную концентрацию дислокаций (от 100 млн до 10 млрд на см²)^[7].

Нитрид галлия является перспективным материалом для создания высокочастотных, теплостойких и мощных полупроводниковых приборов^[8].

Применение

Широко используется для создания светодиодов, полупроводниковых лазеров, сверхвысокочастотных транзисторов.

Кристаллический нитрид галлия высокого качества может быть получен при низкой температуре методом осаждения из парогазовой фазы на AlN — буферном слое^[9]. Получение кристаллов нитрида галлия высокого качества позволило изучить проводимость p-типа данного соединения^[5], благодаря реализации p-n-перехода, создать голубые и УФ светодиоды^[5], эффективно излучающие при комнатной температуре^[10] (необходимая для лазерного излучения)^[11]. Это привело к коммерциализации высокопроизводительных синих светодиодов и долгосрочной жизни фиолетово-лазерных диодов, а также дало развитие устройств на основе нитридов, таких как детекторы УФ и высокоскоростных полевых транзисторов.

Создание синих светодиодов из GaN, обладающих высокой яркостью излучения было последним в разработке светодиодов основных цветов и это позволило создать полноцветные светодиодные экраны^[12].

Нитриды (полупроводники) третьей группы признаны одними из самых перспективных материалов для изготовления оптических приборов в видимой коротковолновой и УФ-области. Потенциальные рынки для высокомощных и высокочастотных приборов на основе GaN включают в себя СВЧ (радиочастотные усилители мощности) и высоковольтные коммутационные устройства для электрических сетей. Большая ширина запрещённой зоны означает, что работоспособность транзисторов из нитрида галлия сохраняется при более высоких температурах, по сравнению с кремниевыми транзисторами. В 1993 году были получены первые экспериментальные полевые транзисторы из нитрида галлия.^[13]; сейчас эта область активно развивается.

Перспективным направлением использованием нитрида галлия является военная электроника, в частности, твердотельные приёмопередающие модули на основе GaN активной фазированной антенной решётки.^[14] В Европе лидером в разработке и применении в АФАР технологии приёмопередающих модулей (ППМ) на основе GaN является компания Airbus Defence and Space^[15][16], разработавшая и предлагающая ВМС ряда стран новую корабельную РЛС TRS-4D.

Синтез

Кристаллы нитрида галлия выращиваются сплавлением N и Ga при давлении 100 атм в атмосфере N₂ и температуре 750 °C (повышенное давления газовой среды необходимо для осуществлении реакции галлия и азота при относительно невысоких температурах; в условиях низкого давления галлий не вступает в реакцию с азотом ниже 1000 °C). Порошок нитрида галлия можно получить из более реактогенных веществ:

${\displaystyle {\mathsf {2Ga+2NH_{3}\longrightarrow 2GaN+3H_{2}\uparrow }}}$

${\displaystyle {\mathsf {Ga_{2}O_{3}+2NH_{3}\longrightarrow 2GaN+3H_{2}O}}}$

Безопасность

Нитрид галлия является нетоксичным веществом^[17], но его пыль вызывает раздражение кожи, глаз и лёгких. Источниками нитрида галлия могут быть выбросы промышленных предприятий.

См. также

• Диод Шоттки
• Полупроводник
• Молекулярно-лучевая эпитаксия
• Эпитаксия

Ссылки

• Физические свойства нитрида галлия
• Кутолин С. А.,Вулих А. И.,Сергеева А. Е. Способ получения нитрида галлия — Авторское свидетельство СССР …

Примечания