¿Qué es el Nitruro de Galio?
El nitruro de galio es un polvo de color gris claro.
Su fórmula química es GaN, un compuesto 1:1 de galio y nitrógeno, con un peso molecular de 83,73 y un número CAS de 25617-97-4. También se conoce como “semiconductor de banda prohibida ancha”. También se conoce como “semiconductor de banda prohibida ancha”, debido al amplio rango de energía de banda prohibida de su estructura.
Se utiliza principalmente como material para diodos emisores de luz azul. En los últimos años, también se prevé su uso en semiconductores de potencia y radares. Debido a su alto rendimiento, está atrayendo la atención como “semiconductor de próxima generación” para sustituir al silicio.
Aplicaciones del Nitruro de Galio
El nitruro de galio se ha utilizado tradicionalmente como material para LED azules y diodos láser. En la actualidad, se le denomina semiconductor de brecha ancha debido a su elevada brecha de banda de 3,4, frente a la brecha de banda del Si de 1,1.
El nitruro de galio se caracteriza por su alta velocidad de deriva de saturación y su elevada intensidad de campo de ruptura. Permite una alta tensión de ruptura, bajas pérdidas y altas velocidades de conmutación. La sustitución de diodos y transistores de silicio por dispositivos de nitruro de galio permite reducir las pérdidas de potencia, disminuir el calor generado y miniaturizar los propios dispositivos.
También hay una demanda creciente de HEMT de GaN (transistores de alta movilidad de electrones) para aplicaciones de estaciones base de comunicaciones 5G.
Propiedades del Nitruro de Galio
El nitruro de galio tiene un punto de fusión de 800°C, un punto de ebullición de más de 1.600°C y una densidad de 6,1 g/cm3. Es químicamente muy estable e insoluble en ácidos y bases comunes como el ácido clorhídrico, el ácido sulfúrico y el ácido nítrico, pero es soluble en álcalis fuertes cuando se expone a radiación ultravioleta.
Las principales características del nitruro de galio son las siguientes:
- Gran conductividad térmica y excelente disipación del calor
- Capacidad de conmutación rápida y funcionamiento a alta temperatura
- Alta velocidad de saturación de electrones
- Alta tensión de ruptura y excelente durabilidad
Estructura del Nitruro de Galio
La estructura cristalina del nitruro de galio tiene una estructura tetraédrica de tipo wurtzita, con grupo espacial C6v4-P63mc y constantes de red a = 3,19 Å y c = 5,19 Å. En cristales puros, pueden depositarse sobre láminas delgadas de zafiro o carburo de silicio con diferentes constantes de red.
Puede doparse con silicio u oxígeno como tipo n y magnesio como tipo p, pero los átomos de Si y Mg cambian la forma en que crecen los cristales de GaN y éstos se vuelven quebradizos debido a las tensiones de tracción.
Más Información sobre el Nitruro de Galio
1. Cómo se Produce el Nitruro de Galio
Los cristales de nitruro de galio pueden crecer a partir de fundiciones de Na/Ga mantenidas a 100°C y 750 bares de presión de nitrógeno. También pueden sintetizarse inyectando gas amoniaco en galio fundido a 900-980°C a presión ambiente.
2Ga + 2NH3 → 2GaN + 3H2
Ga2O3 + 2NH3 → 2GaN + 3H2O
La deposición de una capa tampón a bajas temperaturas produce nitruro de galio altamente cristalino, lo que ha llevado al descubrimiento de GaN tipo p, LEDs azules/UV de unión pn, etc. a partir de dicho nitruro de galio de alta calidad.
2. Precauciones de Manipulación y Almacenamiento
Las precauciones de manipulación y almacenamiento son las siguientes
- Mantener el envase bien cerrado y almacenar en un lugar seco, fresco y oscuro.
- Utilizar únicamente al aire libre o en lugares bien ventilados.
- Evitar la humedad, ya que el contacto con agua o humedad producirá gas amoníaco.
- Evitar el contacto con agentes oxidantes fuertes, ya que producen óxidos de galio y óxidos de nitrógeno nocivos.
- Llevar guantes, gafas, ropa y máscaras de protección durante el uso.
- Evitar la inhalación de polvo.
- Lavarse bien las manos después de la manipulación.
- En caso de contacto con la piel, lavar inmediatamente con agua.
- En caso de contacto con los ojos, lavar cuidadosamente con agua durante varios minutos.
El polvo de nitruro de galio es irritante para la piel, los ojos y los pulmones y debe manipularse con cuidado.