Was ist Galliumnitrid?
Galliumnitrid (englisch: Gallium nitride) ist ein hellgraues Pulver.
Seine chemische Formel lautet GaN, eine 1:1-Verbindung von Gallium und Stickstoff mit einem Molekulargewicht von 83,73 und der CAS-Nummer 25617-97-4. Es wird auch als Halbleiter mit breiter Bandlücke bezeichnet, da seine Bandstruktur einen breiten Bereich verbotener Bandenergie aufweist.
Es wird hauptsächlich als Material für blaue Leuchtdioden verwendet. In den letzten Jahren wird erwartet, dass es auch in Leistungshalbleitern und Radargeräten eingesetzt wird. Aufgrund seiner hohen Leistung wird es als Halbleiter der nächsten Generation gehandelt, der Silizium ersetzen soll.
Anwendungen von Galliumnitrid
Galliumnitrid wird traditionell in großem Umfang als Material für blaue LEDs und Laserdioden verwendet. Derzeit wird es aufgrund seiner hohen Bandlücke von 3,4 im Vergleich zur Bandlücke von Silizium von 1,1 als Halbleiter mit großer Lücke bezeichnet.
Galliumnitrid zeichnet sich durch seine hohe Sättigungsdriftgeschwindigkeit und seine hohe Durchbruchfeldstärke aus. Es ermöglicht eine hohe Durchbruchspannung, geringe Verluste und hohe Schaltgeschwindigkeiten. Durch den Ersatz von Siliziumdioden und -transistoren durch Galliumnitrid-Bauelemente lassen sich die Leistungsverluste und die Wärmeentwicklung verringern und die Bauelemente selbst können kleiner gestaltet werden.
Außerdem besteht eine wachsende Nachfrage nach GaN-HEMTs (Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit) für Anwendungen in 5G-Kommunikationsbasisstationen.
Eigenschaften von Galliumnitrid
Galliumnitrid hat einen Schmelzpunkt von 800 °C, einen Siedepunkt von über 1600 °C und eine Dichte von 6,1 g/cm3. Es ist chemisch sehr stabil und unlöslich in üblichen Säuren und Basen wie Salzsäure, Schwefelsäure und Salpetersäure, aber löslich in starken Laugen, wenn es ultravioletter Strahlung ausgesetzt wird.
Die wichtigsten Eigenschaften von Galliumnitrid sind folgende:
- Hohe Wärmeleitfähigkeit und ausgezeichnete Wärmeableitung
- Schnelles Schalten und Betrieb bei hohen Temperaturen möglich
- Hohe Sättigungselektronengeschwindigkeit
- Hohe Durchbruchspannung und ausgezeichnete Haltbarkeit
Struktur von Galliumnitrid
Die Kristallstruktur von Galliumnitrid hat eine tetraedrische Struktur vom Wurtzit-Typ mit der Raumgruppe C6v4-P63mc und den Gitterkonstanten a = 3,19 Å und c = 5,19 Å. In reinen Kristallen können sie auf dünnen Schichten aus Saphir oder Siliziumkarbid mit unterschiedlichen Gitterkonstanten abgeschieden werden.
Galliumnitrid kann mit Silizium oder Sauerstoff als n-Typ und Magnesium als p-Typ dotiert werden, aber die Si- und Mg-Atome verändern die Art und Weise, wie GaN-Kristalle wachsen und die Kristalle werden aufgrund von Zugspannungen spröde.
Weitere Informationen zu Galliumnitrid
1. Herstellung von Galliumnitrid
Galliumnitrid-Kristalle können aus Na/Ga-Schmelzen gezüchtet werden, die bei 100 °C und 750 bar Stickstoffdruck gehalten werden. Sie können auch durch Einspritzen von Ammoniakgas in geschmolzenes Gallium bei 900-980 °C und Umgebungsdruck synthetisiert werden:
2Ga + 2NH3 → 2GaN + 3H2
Ga2O3 + 2NH3 → 2GaN + 3H2O
Durch Abscheidung einer Pufferschicht bei niedrigen Temperaturen kann hochkristallines Galliumnitrid gewonnen werden, was zur Entdeckung von p-Typ Galliumnitrid, blauen/UV-LEDs mit pn-Übergang usw. aus solchem hochwertigen Galliumnitrid geführt hat.
2. Rechtliche Informationen
Galliumnitrid-Staub ist reizend für Haut, Augen und Lunge und sollte mit Vorsicht gehandhabt werden.
3. Vorsichtsmaßnahmen bei der Handhabung und Lagerung
Bei der Handhabung und Lagerung sind folgende Vorsichtsmaßnahmen zu beachten:
- Behälter dicht geschlossen halten und an einem trockenen, kühlen und dunklen Ort lagern.
- Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden.
Feuchtigkeit vermeiden, da bei Kontakt mit Wasser oder Feuchtigkeit Ammoniakgas entsteht. - Vermeiden Sie den Kontakt mit starken Oxidationsmitteln, da diese schädliche Galliumoxide und Stickoxide erzeugen.
- Bei der Verwendung Schutzhandschuhe, Schutzbrille, Schutzkleidung und Schutzmaske tragen.
- Achten Sie darauf, dass Sie keinen Staub einatmen.
- Nach der Handhabung die Hände gründlich waschen.
- Bei Hautkontakt sofort mit Wasser abspülen.
- Bei Berührung mit den Augen mehrere Minuten lang behutsam mit Wasser spülen.