L’arséniure de Gallium (GaAs), de formule chimique GaAs, est un solide noir-gris dont le point de fusion est de 1238°C. Il reste stable dans l’air à des températures inférieures à 600°C et résiste à la corrosion par des acides non oxydants.

L’arséniure de Gallium est un matériau semi-conducteur crucial classé comme un semi-conducteur composé III-V. Il se cristallise dans une structure en réseau en blende de zinc, avec une constante de réseau de 5.65 10⁻¹⁰ m et un point de fusion de 1237°C. Le matériau a une énergie d’interstice de bande passante de 1,4 eV. L’arséniure de Gallium est devenu commercialement viable en 1964. Il peut être fabriqué en matériaux semi-isolants à haute résistance avec une résistivité de trois ordres de grandeur supérieure à celle du silicium ou du germanium, ce qui le rend idéal pour une utilisation comme substrats dans les circuits intégrés, les détecteurs infrarouges et les détecteurs de photons gamma. En raison de sa mobilité électronique 5 à 6 fois supérieure à celle du silicium, l’arséniure de gallium est largement utilisé dans la fabrication d’appareils à micro-ondes et de circuits numériques à grande vitesse. Les dispositifs à semi-conducteurs fabriqués à partir d’arsenide de gallium présentent des performances supérieures dans des conditions à haute fréquence, à haute température et à basse température, ainsi qu’une faible résistance au bruit et au rayonnement. En outre, il convient à la production de dispositifs de transfert tels que les dispositifs à effet en vrac. L’arséniure de Gallium est un matériau semi-conducteur qui combine de multiples avantages, mais les transistors qui en sont fabriqués ont un faible facteur d’amplification et une faible conductivité thermique, ce qui les rend moins adaptés aux applications à haute puissance. Bien que l’arséniure de gallium offre des performances exceptionnelles, sa tendance à se décomposer à haute température rend techniquement difficile la production de matériaux monocristallin de grande pureté avec une composition chimique idéale.

Le numéro de CAS pour l’arséniure de gallium (arséniure de gallium, lcpe, lcpe, 2000) est 1303-00-0. Habituellement, l’arséniure de gallium cristallise dans une structure de blende de zinc cubique (comme le montre la Figure 1), avec un groupe d’espace de F-43m.

1. L’arséniure de Gallium est un matériau composé semi-conducteur largement utilisé dans les transistors, les lasers, les cellules solaires et diverses puces de circuits intégrés à grande vitesse.

2. L’arséniure de Gallium se présente sous la forme d’une substance gris vif avec un éclat métallique. Il est fragile et dur, avec une densité de 5,316 g/cm³, un point de fusion de 1227°C, et une dureté Mohs de 4,5. Il est relativement stable à température ambiante, ne réagit pas avec l’acide chlorhydrique, l’acide sulfurique ou l’acide fluorhydrique, mais peut réagir avec l’acide nitrique concentré, ainsi qu’avec l’acide chlorhydrique chaud et l’acide sulfurique.

3. L’arséniure de Gallium est un semi-conducteur à bande passante directe ayant une énergie de bande passante de 1,4 eV à température ambiante. Sa constante de grille est de 5,653, la constante diélectrique à haute fréquence est de 11,1, et la masse effective d’électrons est de 0,067. Le matériau présente des masses efficaces anisotropes pour les trous légers et lourds, avec des valeurs de 0,34 et 0,09, respectivement, le long de la direction du cristal [100]. A température ambiante, les mobilités des électrons et des trous sont respectivement de 3300 cm²/Vs et 400 cm²/Vs.

4. A température ambiante, l’arsenide de gallium a une conductivité thermique de 0,56 W/cm·K et une température de Debye de 344 K.

5. L’arséniure de Gallium est généralement dopé au silicium pour former des semi-conducteurs de type n et au zinc pour former des semi-conducteurs de type p. Actuellement, monocristalGaufrets d’arsenide de galliumSont disponibles dans des diamètres allant de 1 pouce à 12 pouces.

Méthode de synthèse

L’appareil de préparation de l’arséniure de gallium est représenté sur la figure. Tout d’abord, un disque de quartz contenant du gallium pur est placé dans une ampoule de quartz transparente, scellée à une extrémité, suivie de l’ajout d’arsenic pur. L’ampoule est ensuite scellée sous vide à 5 10⁻⁶ Torr (1 Torr = 133,322 Pa). La quantité d’arsenic ajoutée devrait être de 1,1 à 1,2 fois son équivalent stoechiométrique (puisque la pression de vapeur de l’arsenic est contrôlée, la quantité ajoutée doit légèrement dépasser celle nécessaire pour remplir toute l’ampoule). Pour empêcher l’arsenure de gallium et le disque d’absorber l’humidité, le disque doit être sablé environ 150-300 fois. L’ampoule est ensuite mise en place comme indiqué, le four contenant de l’arsenic chauffé à 610°C et le four contenant du gallium chauffé à 1250°C (selon la taille de l’ampoule, l’arsenic est ajouté à 1,1 à 1,2 fois sa quantité molaire).

À 610°C, la pression de vapeur de l’arsenic est de 101.325 kPa, et il réagit avec le gallium chauffé à 1250°C pour produire de l’arsenide de gallium. Au bout de 4 à 5 heures, l’ampoule est aspirée hors du four contenant de l’arsenic de 5 à 20 mm toutes les heures, faisant grossir progressivement un seul cristal à partir de l’extrémité avant du disque.

Principales Applications

L’arséniure de Gallium est utilisé dans la fabrication de dispositifs optoélectroniques (LCD), de lasers (LDs), de transistors à effet de champ (fet), de transistors à mobilité électronique élevée (hemt), de transistors bipolaires à hétérojonction (HBTs), de dispositifs à grande vitesse et de circuits intégrés monolithiques à micro-ondes (mmic), de circuits intégrés à micro-ondes/onde millimétrique (MIMICs), de circuits intégrés à grande vitesse et de cellules solaires.

Propriétés et stabilité

Lorsqu’il est utilisé et stocké conformément aux spécifications, l’arséniure de gallium ne se décompose pas et aucune réaction dangereuse connue ne se produit. Il doit être tenu à l’écart des acides et de l’humidité/humidité.

En tant que composé semi-conducteur, l’arséniure de gallium émet de la lumière directement lorsque le courant passe à travers la jonction p-n, ce qui le rend adapté à une utilisation dans les lasers et les diodes électrolumineuses. De plus, il peut être utilisé comme composant fonctionnel dans l’oscillation micro-ondes, l’amplification d’onde millimétrique et les communications optiques.