砷化鎵

砷化鎵
	IUPAC名めい; Gallium arsenide
识别
CAS号ごう	1303-00-0 ?
SMILES	[Ga]#[As];
性せい质
化学かがく式しき	GaAs
摩ま尔质量りょう	144.645 g·mol⁻¹
外そと观	灰色はいいろ立方りっぽう晶あきら体からだ
密度みつど	5.316 g/cm3
熔点	1238 °C (1511 K)
溶解ようかい性せい（水みず）	< 0.1 g/100 ml (20 °C)
能のう隙すき	1.424 eV300 K
电子迁移率りつ	8500 cm2/(V*s) (300 K)
熱ねつ導しるべ率りつ	0.55 W/(cm*K) (300 K)
折おり光度こうどn; D	3.3
结构
晶あきら体からだ结构	闪锌矿结构
空そら间群	T2d-F-43m
配はい位い几何	四よん面体めんてい
分子ぶんし构型	直ちょく线形
危险性せい
	欧おう盟めい危险性せい符号ふごう; 有毒ゆうどく T 危害きがい环境N
警示术语	R：R23/25-R50/53
安全あんぜん术语	S：S1/2-S20/21-S28-S45-S60-S61
MSDS	MSDS
NFPA 704	1 3 2 W
	若わか非ひ注ちゅう明あかり，所有しょゆう数すう据すえ均ひとし出自しゅつじ标准状じょう态（25 ℃，100 kPa）下した。

砷化鎵（化學かがく式しき：GaAs）是これ鎵和わ砷兩りょう種たね元素げんそ所ところ合成ごうせい的てき化合かごう物ぶつ，也是重要じゅうよう的てきIIIA族ぞく、VA族ぞく化合かごう物ぶつ半はん导体材料ざいりょう，用よう來らい製作せいさく微ほろ波なみ積せき體たい電路でんろ^[a]、紅べに外線がいせん發光はっこう二に極きょく體たい、半はん导体激げき光こう器き和わ太陽たいよう電池でんち等ひとし元もと件けん。

GaAs化合かごう物ぶつ半はん导体特とく别适合あい应用于无线通信つうしん中ちゅう的てき高だか频传输领域いき，现在越来ごえく越えつ多た被ひ应用于射频前端はし器き件けん，这是因いん为GaAs化合かごう物ぶつ半はん导体电子迁移率りつ比ひ传统的てき硅快，且具有ぐゆう抗こう干ひ扰、低てい噪声与あずか耐たい高だか电压、耐たい高温こうおん与あずか高こう频使用しよう等とう特性とくせい，在ざい4G与あずか5G时代有高ありだか度ど需求。^[2]

性せい质

砷化镓是重要じゅうよう的てき化合かごう物ぶつ半はん导体材料ざいりょう，外そと观呈亮あきら灰色はいいろ，具ぐ金属きんぞく光ひかり泽、性せい脆もろ而硬。常温じょうおん下か比ひ较稳定じょう。加か热到873K时，外表そとおもて开始生成せいせい氧化物ぶつ形成けいせい氧化膜まく包つつみ腹はら。常温じょうおん下か，砷化镓不与あずか盐酸、硫酸りゅうさん、氢氟酸さん等ひとし反はん应，但ただし能のう与あずか浓硝酸しょうさん反はん应，也能与あずか热的盐酸和わ硫酸りゅうさん作用さよう。

制せい备

砷化镓天然てんねん存そん量りょう稀少きしょう，通常つうじょう采さい用よう镓和わ砷直接ちょくせつ化合かごう的てき方法ほうほう，其中水平すいへい区域くいき熔炼法ほう是ぜ普遍ふへん采さい用よう的てき方法ほうほう。通つう过区域くいき提ひさげ纯便可か获得单晶。采さい用よう间接的てき方法ほうほう也可获得砷化镓。如一いち氯化镓（英えい语：Gallium chloride）用よう砷蒸ふけ气还原来き制せい备砷化か镓；Ga(CH₃)₃（英えい语：trimethylgallium）和わAsH₃在ざい一定いってい温度おんど下か，发生热分解ぶんかい得え到いた砷化镓。

4GaCl + 2H₂ + As₄ → 4GaAs + 4HCl

Ga(CH₃)₃ + AsH₃ → GaAs + 3CH₄

應用おうよう

砷化鎵的優ゆう點てん

電子でんし物理ぶつり特性とくせい
砷化鎵擁有ゆう一いち些比矽還かえ要よう好このみ的てき電子でんし特性とくせい，如較高だか的てき飽和ほうわ電子でんし速そく率りつ（英えい语：Saturation velocity）及电子迁移率りつ，使つかい得とく砷化鎵可以應用おうよう於高於250 GHz的てき場合ばあい。如果等とう效こう的てき砷化鎵和Si元もと件けん同時どうじ都と操作そうさ在高ありだか頻しき時とき，砷化鎵會擁よう有ゆう較少的てき雜ざつ訊。也因為ため砷化鎵有較高的てき击穿电压，所以ゆえん砷化鎵比同樣どうよう的てきSi元もと件けん更さら適合てきごう操作そうさ在高ありだか功こう率りつ的てき場合ばあい。因よし為ため這些特性とくせい，砷化鎵電路ろ可か以運用うんよう在ざい行動こうどう電話でんわ、衛星えいせい通つう訊、微ほろ波なみ點てん對たい點てん連れん線せん、雷かみなり達たち系統けいとう等とう地方ちほう。砷化鎵曾用よう來らい做成Gunn diode（中ちゅう文ぶん翻こぼし做「甘あま恩おん二に極きょく體たい」或ある「微ほろ波なみ二に極きょく體たい」，中国ちゅうごく大だい陆地区ちく叫さけべ做「耿氏二に极管」）以發射はっしゃ微ほろ波なみ。現今げんこん以矽為ため基もと材ざい而製成なり的てきRF CMOS雖可達たち到いた高こう操作そうさ頻しき率りつ及高整合せいごう度ど，但ただし其先天せんてん物理ぶつり上じょう缺點けってん如击穿电压較低、基板きばん於高頻しき環境かんきょう易えき損耗そんこう、訊號隔離かくり度ど不ふ佳けい、低てい輸出ゆしゅつ功こう率りつ密度みつど等とう，使つかい其在功こう率りつ放ひ大器たいき及射頻しき開ひらき關せき應用おうよう上じょう始終しじゅう難なん以跟砷化鎵匹敵ひってき^[3]。
能のう隙すき
砷化鎵的另一いち個こ優ゆう點てん是ぜ直接ちょくせつ能のう隙すき（英えい语：Direct and indirect band gaps）的てき材料ざいりょう，所以ゆえん可か以應用おうよう在ざい發光はっこう裝置そうち上じょう。而矽是ぜ間接かんせつ能のう隙すき（英えい语：Indirect bandgap）的てき材料ざいりょう，發出はっしゅつ的てき光ひかり非常ひじょう微弱びじゃく。最近さいきん的てき技術ぎじゅつ已やめ可用かよう矽做成なりLED和わ運用うんよう在ざい雷かみなり射しゃ領域りょういき，可か是ぜ發光はっこう效率こうりつ仍不甚理想りそう。
切せつ換かわ速度そくど
因いん為ため砷化鎵的切せつ換かわ速度そくど快かい，所以ゆえん被ひ認みとめ為ため是ぜ半導體はんどうたい的てき理想りそう材料ざいりょう。1980年代ねんだい時じ，大だい眾普遍ふへん認みとめ為ため微ほろ電子でんし市場いちば的てき主力しゅりょく材料ざいりょう將はた從したがえ矽換成なり砷化鎵，首しゅ先さき試ためし著ちょ嘗試切せつ換かわ材料ざいりょう的てき有ゆう超ちょう級きゅう電腦でんのう之これ供應きょうおう商しょう克かつ雷かみなり公司こうし、Convex電腦でんのう公司こうし（英えい语：Convex Computer）及Alliant電腦でんのう系統けいとう公司こうし（英えい语：Alliant Computer Systems），這些公司こうし都と試ためし著ちょ要よう搶下CMOS微ほろ處理しょり器き技術ぎじゅつ的てき領りょう導しるべ地位ちい。Cray公司こうし最後さいご終おわり於在1990年代ねんだい早期そうき建造けんぞう了りょう一台砷化鎵為基礎的機器，叫さけべCray-3（英えい语：Cray-3）。但ただし這項成就じょうじゅ還かえ沒ぼっ有ゆう被ひ充分じゅうぶん地ち運用うんよう，公司こうし就在1995年ねん破產はさん了りょう，於1996年ねん被かむ硅谷图形公司こうし收おさむ購；經けい種種しゅじゅ難關なんかん，在ざい2000年ねん後ご原名げんめい復活ふっかつ。
抗こう天然てんねん輻射ふくしゃ
砷化鎵比矽更不ふ會かい受到自然しぜん輻射ふくしゃ的てき干ひ擾，不易ふえき產さん生せい錯誤さくご訊號^[4]。

矽的優ゆう點てん

地球ちきゅう表面ひょうめん有ゆう大量たいりょう可か提つつみ煉ねり出で矽的原料げんりょう－矽酸鹽しお礦，所しょ以與砷化鎵相比ひ，提つつみ煉ねり成本なりもと較低。矽基材ざい的てき製せい程ほど在ざい業界ぎょうかい已やめ進入しんにゅう量產りょうさん期き許もと久ひさし，製造せいぞう成本なりもと低廉ていれん；且矽也有やゆう較好的てき物理ぶつり應力おうりょく，可か製せい成なり大だい尺寸しゃくすん的てき晶あきら圓えん，進しん一いち步ほ降くだ低てい生產せいさん成本なりもと。矽工業こうぎょう已やめ發展はってん到いた規模きぼ經濟けいざい（透過とうか高だか產さん能のう以降いこう低てい單位たんい成本なりもと）的てき階段かいだん，更さら降くだ低てい了りょう業界ぎょうかい使用しよう砷化鎵的誘因ゆういん。
矽來源げん多た且很容易ようい轉換てんかん成なり二に氧化矽（在ざい電子でんし元もと件けん中ちゅう是ぜ優良ゆうりょう絕緣ぜつえん體たい），而二氧化矽可以輕易地被整合到矽電路中，且兩者しゃ擁よう有ゆう很好的てき界面かいめん特性とくせい。反はん觀み，砷化鎵很難產なんざん生せい一層穩定且堅固附著在砷化鎵上的絕緣層。
矽擁有ゆう很高的てき電でん洞ほら移動いどう率りつ，在ざい需要じゅようCMOS邏輯時じ，高こう電でん洞ほら率りつ可か以達成たっせい高速こうそく的てきP-通つう道どう場ば效こう應おう電でん晶あきら體からだ。如果需要じゅよう快速かいそく的てきCMOS結構けっこう，雖然砷化鎵的電子でんし移動いどう率りつ快かい，但ただし因よし為ため功こう率りつ消耗しょうもう高だか，所以ゆえん砷化鎵電路ろ較難被ひ整合せいごう到いた矽電路ろ內。

砷化鎵的異質いしつ結構けっこう

因いん為ため砷化鎵和砷化鋁（AlAs）的てき晶あきら格かく常數じょうすう幾いく乎一いち樣よう，可か以利用りよう分子ぶんし束たば外延がいえん（molecular beam epitaxy, MBE）或ある有機ゆうき金屬きんぞく氣き相しょう磊晶（metal-organic vapour phase epitaxy，MOVPE，也稱做有機ゆうき金屬きんぞく化學かがく氣き相しょう沉積法ほう），在ざい砷化鎵上輕易けいい地ち形成けいせい異質いしつ的てき結構けっこう，生長せいちょう出で砷化鋁或砷化鋁鎵（英えい语：Aluminium gallium arsenide）（Al_xGa_1-xAs）合金ごうきん；且因為ため生長せいちょう出で的てき合金ごうきん層そう應力おうりょく小しょう，所以ゆえん幾いく乎可以任意にんい調整ちょうせい生長せいちょう厚あつ度たび。

砷化鎵的另一いち個こ重要じゅうよう應用おうよう是ぜ高だか效率こうりつ的てき太陽たいよう電池でんち。1970年ねん時じ，Zhores Alferov和かず他た的てき團だん隊たい在ざい蘇そ聯れん做出第だい一個砷化鎵異質結構的太陽電池^[5]^[6]^[7]。用よう砷化鎵、Ge和わInGaP三種材料做成的三接面太陽電池有32%以上いじょう的てき效率こうりつ，且可以操作そうさ在ざい2,000 suns下か的てき劇烈げきれつ強きょう光こう。這種太陽たいよう電池でんち曾運用うんよう在ざい美國びくにNASA探測たんそく火星かせい表面ひょうめん的てき機器きき人じん勇いさむ气号火星かせい探さがせ测器（Spirit Rover）和わ机つくえ遇ぐう号ごう（Opportunity Rover），且許多きょた太ふと空むなし載の具ぐ的てき太陽たいよう電池でんち板ばん陣列じんれつ都と是ぜ出で於砷化か鎵。

利用りよう布里ふり奇き曼-史し托たく巴ともえ格かく法ほう（Bridgman–Stockbarger technique）可か以製造せいぞう出で砷化鎵的單たん晶あきら，因いん為ため砷化鎵的力學りきがく特性とくせい，所以ゆえん柴しば可か拉ひしげ斯基法ほう（Czochralski process）很難運用うんよう在ざい砷化鎵材料りょう的てき製作せいさく。

安全あんぜん

砷化鎵的毒性どくせい至いたり今こん仍沒有ゆう被ひ很完整せい的てき研究けんきゅう。因よし為ため它含有がんゆう砷，經けい研究けんきゅう指出さしで，砷是有ゆう毒どく的てき，也是一いち種しゅ致癌物質ぶっしつ。但ただし因よし為ため砷化鎵的晶あきら體からだ很穩定じょう，所以ゆえん如果身體しんたい吸收きゅうしゅう了りょう少量しょうりょう，其實是ぜ可か以忽略りゃく的てき（指ゆび「短時間たんじかん」，長時間ちょうじかん仍有累積るいせき成なり生物せいぶつ毒性どくせい，需要じゅよう不定期ふていき體たい檢けん）。當とう要よう做晶圓えん抛ほう光ひかり製せい程ほど（晶あきら圓えん使つかい表面ひょうめん微粒びりゅう變へん小しょう）時じ，表面ひょうめん的てき區域くいき會かい和水わすい起おこり反應はんのう，釋放しゃくほう或ある分解ぶんかい出で少しょう許もと的てき砷。就環境かんきょう、健康けんこう和わ安全あんぜん等とう方面ほうめん來らい看み砷化鎵（就像是ぜ三甲さんこう基もと鎵（英えい语：trimethylgallium）和かず砷）時じ，及有機ゆうき金屬きんぞく前驅ぜんく物ぶつ的てき工業こうぎょう衛生えいせい監かん控ひかえ研究けんきゅう，都と最近さいきん指出さしで以上いじょう的てき觀點かんてん。^[8]

參考さんこう文獻ぶんけん

腳注

^ 例れい如，單たん晶あきら微ほろ波積はづみ體たい電路でんろ（英えい语：Monolithic microwave integrated circuit）（MMIC），運用うんよう其切換かわ速度そくど高だか之の特性とくせい；植物しょくぶつ進行しんこう光ひかり合作がっさく用よう，葉子ようこ其細胞開合作がっさく用よう，切せつ換かわ速度そくど比ひ常見つねみ半導體はんどうたい高だか

引用いんよう

^ Pradyot Patnaik. Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill, 2002, ISBN 0070494398
^ GaAs射しゃ频器件けん市し场 2020年ねん进入新しん一いち波は成なり长期 (PDF). 中国ちゅうごく电子报 (总第4271期き) (中国ちゅうごく电子报社). 2019年ねん7月がつ16日にち星ほし期き二に [2020年ねん7月がつ2日にち]. （原始げんし内容ないよう存そん档 (PDF)于2020年ねん7月がつ3日にち）.
^ 砷化鎵應用おうよう就在你身邊あたり（2）─衛星えいせい通どおり訊與光こう通どおり訊（页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆），[2009-10-29]，黃き書しょ瑋，DigiTimes電子でんし時報じほう，大だい椽股份有限げん公司こうし
^ 顧客こきゃく關係かんけい管理かんり對たい顧客こきゃく滿まん意い度ど與あずか忠誠ちゅうせい度ど影響えいきょう之の研究けんきゅう－以台灣たいわん砷化鎵半導體はんどうたい磊晶廠しょう為ため例れい（页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）。中原なかはら大學だいがく／企業きぎょう管理かんり研究所けんきゅうじょ／93／碩せき士し研究けんきゅう生せい：莊そう玉だま玲れい。指導しどう教授きょうじゅ：廖本哲あきら，NCL （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）
^ Alferov, Zh. I., V. M. Andreev, M. B. Kagan, I. I. Protasov, and V. G. Trofim, 1970, ‘‘Solar-energy converters based on p-n AlxGa12xAs-GaAs heterojunctions,’’ Fiz. Tekh. Poluprovodn. 4, 2378 (Sov. Phys. Semicond. 4, 2047 (1971))]
^ Nanotechnology in energy applications 互联网档案あん馆的てき存そん檔，存そん档日期き2009-02-25., pdf, p.24
^ Nobel Lecture （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆） by Zhores Alferov, pdf, p.6
^ Shenai-Khatkhate, Deodatta V.; Goyette, Randall J.; DiCarlo Jr., Ronald L.; Dripps, Gregory. Environment, health and safety issues for sources used in MOVPE growth of compound semiconductors. Journal of Crystal Growth (Elsevier BV). 2004, 272 (1-4): 816–821. ISSN 0022-0248. doi:10.1016/j.jcrysgro.2004.09.007.

外部がいぶ連結れんけつ

[MMIC-2] 例れい如，單たん晶あきら微ほろ波積はづみ體たい電路でんろ（英えい语：Monolithic microwave integrated circuit）（MMIC），運用うんよう其切換かわ速度そくど高だか之の特性とくせい；植物しょくぶつ進行しんこう光ひかり合作がっさく用よう，葉子ようこ其細胞開合作がっさく用よう，切せつ換かわ速度そくど比ひ常見つねみ半導體はんどうたい高だか

[1] Pradyot Patnaik. Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill, 2002, ISBN 0070494398

[3] GaAs射しゃ频器件けん市し场 2020年ねん进入新しん一いち波は成なり长期 (PDF). 中国ちゅうごく电子报 (总第4271期き) (中国ちゅうごく电子报社). 2019年ねん7月がつ16日にち星ほし期き二に [2020年ねん7月がつ2日にち]. （原始げんし内容ないよう存そん档 (PDF)于2020年ねん7月がつ3日にち）.

[4] 砷化鎵應用おうよう就在你身邊あたり（2）─衛星えいせい通どおり訊與光こう通どおり訊（页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆），[2009-10-29]，黃き書しょ瑋，DigiTimes電子でんし時報じほう，大だい椽股份有限げん公司こうし

[5] 顧客こきゃく關係かんけい管理かんり對たい顧客こきゃく滿まん意い度ど與あずか忠誠ちゅうせい度ど影響えいきょう之の研究けんきゅう－以台灣たいわん砷化鎵半導體はんどうたい磊晶廠しょう為ため例れい（页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）。中原なかはら大學だいがく／企業きぎょう管理かんり研究所けんきゅうじょ／93／碩せき士し研究けんきゅう生せい：莊そう玉だま玲れい。指導しどう教授きょうじゅ：廖本哲あきら，NCL （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）

[6] Alferov, Zh. I., V. M. Andreev, M. B. Kagan, I. I. Protasov, and V. G. Trofim, 1970, ‘‘Solar-energy converters based on p-n AlxGa12xAs-GaAs heterojunctions,’’ Fiz. Tekh. Poluprovodn. 4, 2378 (Sov. Phys. Semicond. 4, 2047 (1971))]

[7] Nanotechnology in energy applications 互联网档案あん馆的てき存そん檔，存そん档日期き2009-02-25., pdf, p.24

[8] Nobel Lecture （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆） by Zhores Alferov, pdf, p.6

[Shenai-Khatkhate_Goyette_DiCarlo_Jr._Dripps_2004_pp._816–821-9] Shenai-Khatkhate, Deodatta V.; Goyette, Randall J.; DiCarlo Jr., Ronald L.; Dripps, Gregory. Environment, health and safety issues for sources used in MOVPE growth of compound semiconductors. Journal of Crystal Growth (Elsevier BV). 2004, 272 (1-4): 816–821. ISSN 0022-0248. doi:10.1016/j.jcrysgro.2004.09.007.

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