Galyum arsenit (GaAs) ve ticari olarak temin edilebilen Galyum Arsenit Waferlar, monolitik mikrodalga için kızılötesi ışık, güneş pili, lazer diyotlar ve entegre devreler yayan frekans diyotlarında kullanılan ve mikrodalga üretimi için entegre devreler gibi kapsamlı uygulamaları olan doğrudan bir bant aralığı tip III-V yarı iletkendir. 

Genel olarak galyum arsenit, yarı iletkenler için epitaksiyal bir düzende bir platform veya substrat olarak kullanılır. 

Giriş

Teknik olarak, galyum arsenit, çeşitli amaçlar için kullanılır; sağlam devreler üretmek için monolitik olarak yüksek yoğunluklu p-i-n dedektörleri, yüksek performanslı silikon elektronik entegre devreleri olan yüksek performanslı silikon elektronik entegre devreleri olan monolitik olarak tip III-V yarı iletkenleri ve optoelektronik cihazları entegre etmeye yarar ¹.

Galyum Arsenit Waferların Özellikleri

Birçok bakımdan , galyum, silikondan farklı elektronik özelliklere sahiptir. Galyum, 250 GHz'e kadar olan frekanslarda transistörlerde kullanıldığında galyum arsenit işlevi yapan pratik olarak daha yüksek doymuş elektron hızı ile daha yüksek elektron hareketliliğine sahiptir. Bileşimlerinde galyum arsenit içeren cihazlar, daha geniş bant aralığı nedeniyle hassas değildir ve yüksek sıcaklıklara karşı kolayca zarar görür ve yalnızca silikonlu cihazlara kıyasla elektronik devrelerde bir elektrik sinyalinde daha az gürültü ve rahatsızlığa neden olur. Bu özellikler, galyum arsenidi uydularda, cep telefonlarında ve iletişim teknolojisinde uygulanabilecek potansiyel ve pratik bir aday olarak kabul etmek için yeterli nedenlerdir. Ayrıca, doğrudan bir bant aralığına sahip yani ışığı daha verimli bir şekilde emebilmesi ve yayabilmesi galyum arsenitin silikon yerine gelecek vaat eden bir başka avantajı olarak öne çıkmaktadır. Bununla birlikte, silikon ışık yaymada kalitesiz ve dolaylı bant aralığına sahiptir. Saf testlere sahip galyum arsenit, oldukça dirençli bir malzeme olması ile birlikte nispeten yüksek bir dielektrik sabiti birleştirildiğinde, galyum arsenidin direnç kalitesi, devreler ve cihazlar arasında doğal izolasyon sağlayan entegre devreler için mükemmel bir substrat yapar. Galyum arsenidin bu özelliği, monolitik mikrodalga ile entegre devreler (MMIC'ler) için, aktif temel bileşenlerin tek galyum arsenit wafer üzerinde yetiştirilebileceği umut verici bir ajan olmasını sağlar. Substrat dilimi olarak da bilinen waferlar, çoğunlukla entegre devrelerin imalatında ve fotovoltaik hücrelerde ve güneş pili üretiminde uygulanan yarı iletken ince tabakalardır. Waferlar, mikroelektronik ölçeklerdeki cihazlar için substrat olarak bir role sahiptir. Uygulamalarda, waferlar iyon implantasyonu, doping, ince film biriktirme ve dağlama dahil modifikasyonlara tabi tutulabilir.

Nanopartiküllerin özellikleri ve uygulama alanları hakkında bilgi almak için blog yazımızı ziyaret edin.

Galyum Arsenit Waferların Sentezi ve Hazırlanması

Normalde, galyum arsenit üreticileri ve elektrikli cihazlar şirketleri LED çipleri ve galyum arsenid epitaksiyal büyüme waferları üretmektedir. GaAs waferlarını hazırlamak için en yaygın olarak kullanılan yöntemler, buhar fazı epitaksiyal (VPE) büyüme yöntemini, gradyan dondurma (GF) yöntemini ve sıvı faz epitaksiyal (LPE) büyüme yöntemleridir. Sıvı kapsüllenmiş Czochralski (LEC) ile de yeni yöntemler vardır. Ayrıca, Epitaksiyal büyüme substratları olarak kullanılan bazı ticari waferlarda da mevcuttur. Bazı yeni prosedürlerde moleküler ışın epitaksiyal (MBE) ve metal-organik kimyasal buhar biriktirme (MO-CVD) yöntemleri önerilmiştir. Degrade dondurma yönteminde, örneğin galyum ve arsenik, kuvars tekneye konur ve bir fırında 600 ° C'de gazı giderilir. Bu noktada, arsenik uçurulur ve galyum ile reaksiyona girer. GaAs üretildikten sonra, tüm galyumun galyum arsenide dönüştürülmesi için bir galyum çözeltisi içinde çözülür. Daha sonra sıcaklık, galyum arsenidin erimesi için 1238 ° C'ye ulaşacak şekilde yükseltilir. Fırın yavaş yavaş soğumaya başladıktan sonra, GaAs tekil kristalleri oluşur. Gradyan dondurma yöntemi avantajlıdır, çünkü elde edilen galyum arsenit yüksek kalite ve düşük kusur 2'ye sahiptir. Bridgman-Stockbarger olarak bilinen başka bir teknik, arsenik ve galyumun buhar fazında serbest olarak reaksiyona girdiği yatay bölge fırınında kristal büyümesi ile yapılır. Moleküller, soğutucudaki sıcaklığın düşük olduğu bir kısımdaki soğutucudaki tohum kristalleri üzerinde hareketsiz kılınır. Sıvı kapsüllenmiş Czochralski (LEC) yönteminde, yarı yalıtım özelliklerine sahip olan oldukça saf kristaller sentezlenir.

Galyum Arsenit Waferların Kullanımı

Galyum arsenidin, galyum arsenit waferların daha düşük direnç ve daha yüksek taşıyıcı hareketliliği nedeniyle ve elektronik cihazların kalitesini yükseltmedeki kilit rolü çoğunlukla bilim ve endüstride birçok uygulamada kullanılmasına yol açmıştır. Mikrodalgarın noktadan noktaya bağlantılarının, uyduların, akıllı telefonların, yüksek frekanslı radarların ve iletişim cihazlarının devre sistemlerinde uygulanacak galyum arsenit waferları gibi tüm bu zorlayıcı özellikler, endüstride kullanımı için yeterli motivasyonlardır. Buna ek olarak, galyum arsenit waferlar, özellikle mikrodalga bölgesinde, elektromanyetik radyasyon üretimi için Gunn diyot üretiminde de uygulamalar bulmuştur. Teknik olarak galyum arsenit, ışık yayan özelliğe sahiptir. Bununla ilgili olarak, galyum arsenitten çıkan LED'ler (görünür ışık yayan diyotlar), buzdolabı, TV, çamaşır makinesi ve bulaşık makinesi gibi ev aletlerinin dijital ekranlarında, ayrıca yazıcılar ve açık havada reklam panoları vb. Kızılötesi LED'lerin uzaktan kumandalı fotoğraf bağlantılarında ve otomatik odaklama kalitesinde kameralarda uygulamaları vardır.

Optik iletişim cihazları, lazer yazıcılar ve optik diskler için ışık kaynağı lazer diyotlarla donatılmıştır. Galyum arsenidin elektron hareketliliği silikondan beş kat daha yüksek olduğu için, GaAs waferları, yüksek hızlara sahip süper bilgisayarlarda kullanılan entegre malzemeler için substratlar olarak geniş uygulamalara sahiptir. Bunu yaparken, alan etkili transistörler (FET'ler) mikrodalgalarda, uydularda doğrudan yayın sistemi ve cep telefonlarında kullanılan çok düşük gürültülü amplifikatörlerde uygulamalara sahiptir. Dahası, galyum arsenidin elektromanyetik radyasyon özellikleri de vardır. Bu nedenle ve GaAs'ın bu özelliğine dayanarak, Hall sensörleri motor konumlandırma sensörlerinde ve rotor sayaçlarında kullanılır. Galyum arsenidin termal stabilitesi ve fotoelektrik özellikleri ile ilgili olarak, GaAs bazlı güneş pilleri, çoğunlukla uydularda kullanılan uzun ömürlü ve daha yüksek verimliliğe sahip jeneratörler olarak kullanılmaktadır. Tablo 1’ de galyum arsenit wafer uygulamalarını göstermektedir. ².

Tablo 1. Galyum Arsenit Waferların Kullanımı ²

Sonuç

Galyum arsenit waferlar, doğrudan ve daha geniş bant aralılarına sahip olan entegre devreli optik ve elektronik cıhazları ve yarı iletkenleri entegre etmek için yardımcı bir substrat olarak ortaya çıkmıştır.

Daha fazlası için blog yazılarımızı buradan inceleyebilirsiniz.

Referanslar

1. London, J. M., Loomis, A. H., Ahadian, J. F. & Fonstad, C. G. Preparation of silicon-on-gallium arsenide wafers for monolithic optoelectronic integration. IEEE Photonics Technol. Lett. 11, 958–960 (1999).

2. Kitsunai, M. & Yuki, T. How gallium arsenide wafers are made. Appl. Organomet. Chem. 8, 167–174 (1994).