Galyum Arsenid

(wiki.de almanca sayfasından çevrilmiştir.)

İkili bileşik Galyumarsenid (GaAs) hem yarı iletken (periyodik tablonun II,IV ve VI grup elementleri ile katkılanmış ) hem de yarıyalıtkan ( hiç katkılanmamış ) olabilen bir yarıiletken malzemedir. Yüksek frekans uygulamalarında ve elektriğin optik sinyallere çevrilmesinde kullanılan elektronik yapı elemanlarının üretiminde bu taşıyıcı görevi gören subtrat malzeme üzerinde oluşturulan birleştirmeler ile epitaksi- katmanlarına, ihtiyaç duyulmaktadır 

GaAs’in oda sıcaklığında yani basitleştirilmiş bandyapısı 

Kristal Yapısı

Galyumarsenit kübik kristal sistem içerisinde kristalleşen, uzay grubu F43m ve kafes değişmezi a = 5,653 Å olan ve her birim hücre başına dört formül birimiyle sfelaritin eştipi olan bir bileşiktir. 

GaAs-Kristali

Kristal yapısı galyum ( grup III ) ve arsenik (grup V) atomlarından oluşan ve birbirlerine göre, kübik birim hücrelerin uzay diyagonalinin dörtte biri kadar ötelenerek içiçe geçmiş iki adet kübik yüzey merkezli kafesten oluşmaktadır. Galyum atomları böylece, arsenik atomlarının oluşturduğu küresel dizilimin dörtyüzlü boşluklarının yarısını doldurmaktadır.Arsenik atomları için de aynı durum geçerlidir. Galyumarsenid, oda sıcaklığında 1,424 eV band aralığı ile yapısal olarak doğrudan yarıiletkendir. Bileşiğin yoğunluğu 5,315 g/cm2 ve erime noktası 1238 °C civarındadır. 

Kullanım Alanları

GaAs , temel araştırma sahalarında ve yarı iletken endüstrisinde özellikle de Alüminyumgalyumarsenid tipi malzeme sistemleri alanındaki yarıiletken heteroyapılarının üretiminde kullanılmaktadır. Galyumarsenid esaslı temel yapı elemanları silisyumdan oluşan muadillerinden 10 kat daha fazla geçiş frekansı gösterirler. Daha düşük gürültülü olduklarından yine silisyumlu muadillerinden daha az enerji tüketirler. Galyumarsenid yüksek frekans tekniğinde kullanılan “yüksek elektron hareketliliğine sahip tranzistörler” ile Gunn diyotlarının temel malzemesidir. Bunlardan cep telefonlarında, uydu haberleşmelerinde ve radar tesislerinde uygulama alanı bulan düşük gürültülü yüksek frekans kuvvetendiricisi imal edilebilir.

Bundan başka Galyumarsenid lazer veya dikey oyuk yüzeyli led yardımı ile fiber optik şebekelerinde bilginin gönderimini sağlamada ve güneş pilleriyle uyduların enerjisinin temin edilmesinde kullanılmaktadır. (fotovoltaik)

Günlük yaşantımızda bu bileşik ışık ve lazer diyotlarında kızılötesinden sarı renge kadar değişen renklerde kullanım bulur. 

Galyumarsenid fiber optik ısı ölçümlerinde de kullanılır. Burada cam fiber uçları, sıcaklık etkisi altında band kenarının durumunu değiştirme özelliği gösteren bir galyumarsenit kristaline sahip fiberoptik sensörler ile donatılır. 

Bunlara rağmen yine de GaAs silisyumu günlük kullanım sahasından silememiştir. Bunun en önemli sebebi bu bileşiği oluşturan hammaddeler Galyum ve Arseniğin çok bol bir element olan silisyuma nazaran pahalı olması ve monokristallerin üretiminde çok daha pahalı teknolojilerin kullanılmasıdır. Bu yüksek teknolojik maliyetler aynı şekilde GaAs monokristalinin kütle ve çapını sınırlamaktadır. Ayrıca silisyum ile özellikle silisyumoxid şeklinde GaAs’e göre daha kolay yalıtkan bölgeler oluşturulabilmektedir. Silisyumla kıyaslandığında GaAs malzeme içerisinde, iletimi sağlayan elektron deliklerinin hareketliliğinin çok ciddi şekilde düşük olması nedeniyle kaliteli bir p-kanal Alan Etkili Tranzistör gerçekleştirilememektedir. Bu nedenle CMOS devre tekniği mümkün değildir; Bu gibi durumları göz önünde bulundurduğumuzda bu bileşimin enerji sarfiyatının düşük olmasının getirdiği avantajlar anlamını kaybetmektedir. 

Sağlık Yönüyle Tehlikeler

GaAs üretiminde zehirli bir madde olan arsenik kullanılmaktadır. Aynı şekilde bu bileşimin üretiminde ortaya çıkan zehirli ve uçucu özellikteki ara ürünler ve GaAs’in asitle yakılmasında ortaya çıkan arsenik asit sorun haline gelmektedir. GaAs insanlarda kanser riskini artırmaktadır. 

Üretim : 

GaAs monokristallerinin üretimi her iki elementin buhar basıncıyla kontrol edilen bir pota çekme yöntemiyle eritilmesiyle gerçekleştirilir. Bu yönteme örnek olarak – Sıvı Kapsülasyonlu Czochralski veya Dikey Gradyen Friz (LEC ve VGF yöntemleri ) gibi yöntemleri verilebilir. Şu an üretimdeki en son teknoloji 150 mm çaplı silikon plakalar olsa da 200 mm çaplı plakaların üretilebilmesinin de aynı şekilde mümkün olduğu gösterilmiştir. 

GaAs veya AlGaAs katmanları epitaksiyel olarak uygun subtratların üzerinde üretilebilirler. Böyle katmanlar da aynı şekilde monokristal olacaktır. Genellikle epitaksi yöntemine bağlı olarak bu hız yaklaşık olarak1 µm/saat civarındadır.