砷化鎵是什么材料 砷化鎵的應(yīng)用領(lǐng)域

砷化鎵是重要的化合物半導(dǎo)體材料。

外觀呈亮灰色，具金屬光澤、性脆而硬。常溫下比較穩(wěn)定。加熱到873K時(shí)，外表開始生成氧化物形成氧化膜包腹。常溫下，砷化鎵不與鹽酸、硫酸、氫氟酸等反應(yīng)，但能與濃硝酸反應(yīng)，也能與熱的鹽酸和硫酸作用。

砷化鎵天然存量稀少，通常采用鎵和砷直接化合的方法，其中水平區(qū)域熔煉法是普遍采用的方法。通過區(qū)域提純便可獲得單晶。

砷化鎵是一種重要的半導(dǎo)體材料。屬于第八族化合物半導(dǎo)體。屬閃鋅礦型晶格結(jié)構(gòu)，化學(xué)式GaAs。黑灰色固體，熔點(diǎn)1238攝氏度，它在600攝氏度以下，能在空氣中穩(wěn)定存在，并且不被非氧化性的酸侵蝕。

砷化鎵（GaAs）半導(dǎo)體材料與傳統(tǒng)的硅材料相比，具有很高的電子遷移率（約為硅材料的5.7倍）以及寬禁帶結(jié)構(gòu)。同樣條件下，它能更快地傳導(dǎo)電流。我們可以利用砷化鎵半導(dǎo)體材料制備微波器件，它在衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸、移動通信、GPS全球?qū)Ш降阮I(lǐng)域具有關(guān)鍵性作用。

砷化鎵半導(dǎo)體材料的一個(gè)重要特性是它的光電特性。由于它具有直接帶隙（通過吸收或放出光子能量，電子從價(jià)帶直接躍遷到導(dǎo)帶，從而有較高發(fā)光效率）以及寬禁帶等結(jié)構(gòu)，它的光發(fā)射效率比硅鍺等半導(dǎo)體材料高。它不僅可以用來制作發(fā)光二極管、光探測器，還能用來制備半導(dǎo)體激光器，廣泛應(yīng)用于光通信等領(lǐng)域。此外，砷化鎵半導(dǎo)體材料還具有耐高溫、低功率等特性，在衛(wèi)星通訊領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

砷化鎵的應(yīng)用領(lǐng)域

砷化鎵可以制成電阻率比硅、鍺高3個(gè)數(shù)量級以上的半絕緣高阻材料，用來制作集成電路襯底、紅外探測器、γ光子探測器等。由于其電子遷移率比硅大5到6倍，故在制作微波器件和高速數(shù)字電路方面得到重要應(yīng)用。用砷化鎵制成的砷化鎵可以制成電阻率比硅、鍺高3個(gè)數(shù)量級以上的半絕緣高阻材料，用來制作集成電路襯底、紅外探測器。

1、砷化鎵在光電子方面的應(yīng)用

同用其他材料制作的激光器相比，砷化鎵激光器有很多優(yōu)點(diǎn)：首先激光器件可以做得很小，如用砷化鎵激光器制造的小型雷達(dá)，只有手電筒那樣大，能產(chǎn)生1.0×10-11s脈沖和6W的功率，是一種戰(zhàn)地條件下很有效的雷達(dá)。

2、砷化鎵在微電子方面的應(yīng)用

在微電子方面，以半絕緣砷化鎵為基體，用直接離子注入自對準(zhǔn)平面工藝研制的砷化鎵高速數(shù)字電路、微波單片電路、光電集成電路、低噪聲及大功率場效應(yīng)晶體管，且有速度快、頻率高、低功耗和抗輻射等特點(diǎn)，不僅在國防上具有重要意義，在民用和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中更有廣泛應(yīng)用。3、砷化鎵在通信方面的應(yīng)用

半絕緣砷化鎵材料主要用于高頻通信器件，受到近年民用無線通信市場尤其是手機(jī)市場的拉動，半絕緣砷化鎵材料的市場規(guī)模也出現(xiàn)了快速增長的局面。

4、砷化鎵在微波方面的應(yīng)用

砷化鎵場效應(yīng)晶體管和雪崩二極管的工作效率已經(jīng)達(dá)到幾十千兆周，有可能突破100千兆周，這在雷達(dá)和微波通訊方面，都有著極為重要的意義。

5、砷化鎵在太陽能電池方面的應(yīng)用

砷化鎵太陽能電池最大效率預(yù)計(jì)可以達(dá)到23%～26%，它是目前各種類型太陽能電池中效率預(yù)計(jì)最高的一種。砷化鎵太陽能電池抗輻射能力強(qiáng)，并且能在比較高的溫度環(huán)境中工作。

砷化鎵的產(chǎn)品特性和制備工藝

半導(dǎo)體材料可細(xì)分為襯底、靶材、化學(xué)機(jī)械拋光材料、光刻膠、電子濕化學(xué)品、電子特種氣體、封裝材料等。其中，襯底是半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的關(guān)鍵材料之一。砷化鎵（GaAs）作為第二代半導(dǎo)體襯底材料的代表，是全球用途最廣泛、生產(chǎn)量最大的化合物半導(dǎo)體材料，也是繼硅（Si）材料之后最重要的微電子材料之一。由于砷化鎵具有本征載流子濃度低、光電特性好、電子遷移率高（是硅的5-6倍）、禁帶寬度大（1.43eV，硅為1.1eV）且為直接帶隙，容易制成射頻器件和光電子器件，用砷化鎵制成的射頻器件具有高頻、性能好、噪聲小、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足多種場景需求。

從20世紀(jì)50 年代開始，科學(xué)家已開發(fā)出多種砷化鎵單晶生長方法，主流的生長工藝包括：液封直拉法（LEC）、水平布里奇曼法（HB）、垂直布里奇曼法（VB）以及垂直溫度梯度凝固法（VGF）等。

從國內(nèi)大陸地區(qū)來看，我國砷化鎵行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中，我國原材料較為豐富，具備較大競爭力；單晶制造環(huán)節(jié)已有較多企業(yè)布局，工藝較為成熟，主要滿足國內(nèi)需求，競爭力一般，直接面臨國際領(lǐng)先企業(yè)在華工廠的競爭，比如美國AXT公司在中國布局了工廠；外延片制造環(huán)節(jié)中國大陸地區(qū)幾乎空白，部分上市企業(yè)布局了LED芯片的制造，較為低端；IC設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝測試等環(huán)節(jié)也主要圍繞LED芯片的垂直整合，通訊元件方面的布局才剛起步，競爭力缺失。

文章綜合自百度知道、chemicalbook、武漢鑫融新材料、業(yè)百科、前瞻產(chǎn)業(yè)研究院