Semiconductores compuestos III-V

grupo	13	15
período			cuenco
2	5 B	7 N.	L.
3	13 Al	15 p	METRO.
Cuarto	31 Ga	33 Como	norte
5	49 en	51 Sb	O

Grupo principal III / V de la tabla periódica

Un semiconductor compuesto III-V es una combinación de materiales del grupo químico principal III ( grupo metales terrosos / boro) y V (grupo nitrógeno-fósforo) , cuya combinación tiene la conductividad eléctrica de los semiconductores . Los semiconductores compuestos III-V son, por tanto, de gran importancia para aplicaciones técnicas en tecnología de semiconductores .

Los semiconductores compuestos III-V se pueden utilizar para generar luz con longitudes de onda muy cortas ( rango UV ) utilizando diodos láser o LED (aplicaciones: diodo emisor de luz blanca , Blu-ray Disc , HD DVD . Ver Shuji Nakamura ). Por el contrario, el material también es adecuado para la producción de células solares con un grado de eficiencia muy alto (más del 40%).

Representante

Antimonuro de indio de alta pureza (InSb) para aplicaciones de semiconductores.

Nitruros : nitruro de galio (GaN), nitruro de aluminio (AlN), nitruro de indio (InN), nitruro de boro (BN)

La cristalización natural de los nitruros es la estructura de la wurtzita . También se pueden crear formaciones de mezcla de zinc utilizando técnicas especiales . Además, la estructura química de la sal de roca existe incluso bajo una presión atmosférica muy alta .

Fosfuros : fosfuro de galio (GaP), fosfuro de aluminio (AlP), fosfuro de indio (InP), fosfuro de indio y galio (InGaP), fosfuro de boro (BP)
Arseniuros : arseniuro de galio (GaAs), arseniuro de aluminio (AlAs), arseniuro de indio (InAs), arseniuro de boro (BAs)
Antimonidos : antimonuro de galio (GaSb), antimonuro de aluminio (AlSb), antimonuro de indio (InSb)

Estos compuestos cristalizan básicamente en la estructura de la mezcla de zinc .

Los compuestos de material binario contienen (con material no dopado ) átomos del grupo III y V en proporciones iguales. Sin embargo, se pueden crear formas mixtas dentro de los grupos en los que la proporción de átomos del grupo III o del grupo V está compuesta por dos tipos de átomos. Esto crea compuestos ternarios (un total de tres tipos de átomos) y cuaternarios (cuatro tipos de átomos). Ejemplos de compuestos ternarios son arseniuro de galio y aluminio , nitruro de galio indio y arseniuro de galio indio . Un ejemplo de conexión cuaternaria es . ${\ Displaystyle \ mathrm {Ga} _ {1-x} \ mathrm {In} _ {x} \ mathrm {As} _ {1-y} \ mathrm {P} _ {y}}$

Fabricación

Los semiconductores compuestos III-V se producen casi exclusivamente por crecimiento epitaxial . Para los procesos de epitaxia individuales, las sustancias suelen estar en forma gaseosa y, en este estado, son muy tóxicas incluso en pequeñas cantidades.

propiedades

Band gap trazado sobre la constante de celosía . Las líneas entre los elementos representan las conexiones ternarias Las cristalizaciones de wurtzita tienen dos constantes de celosía ayc, la mezcla de zinc solo una.

Los semiconductores compuestos del grupo principal III y V tienen la gran ventaja sobre el silicio de que su banda prohibida puede variar con la composición del material. Por tanto, las propiedades eléctricas se pueden modificar de forma selectiva. Encontrará aplicaciones técnicas principalmente en dispositivos ópticos como detectores , diodos emisores de luz o láseres . Además, algunas conexiones tienen una transición de banda directa (ver band gap , diagrama de bandas ), lo que favorece su uso en aplicaciones ópticas.

Por tanto, un parámetro material importante es la energía de la banda prohibida. Determina qué longitud de onda de luz ( fotones ) se puede generar o absorber en aplicaciones ópticas. Por otro lado, la constante de celosía del material juega un papel. Dado que los semiconductores solo se pueden producir por crecimiento epitaxial, los materiales deben coincidir entre sí. Las diferencias en la constante de la red pueden, por un lado, generar cargas piezoeléctricas en el material, formar centros de recombinación a través de enlaces colgantes y provocar roturas y grietas.

Cálculo de las constantes de celosía ternaria

Para las constantes de celosía de compuestos ternarios mixtos, se asumen principalmente transiciones lineales. Esto se conoce como regla de Vegard y se lee para la constante de red a del cristal mixto A _x B _1-x Z de los átomos A, B, Z:

{\ Displaystyle a (A_ {x} B_ {1-x} Z) = x \ cdot a (AZ) + \ left (1-x \ right) \ cdot a (BZ)}

Constantes de celosía (en Å = 10 ⁻¹⁰ m) de compuestos binarios seleccionados a temperatura ambiente
	Cubierta de zinc				Wurtzit
	PAG	Como	Sb	norte
	a	a	a	a	a	C
Alabama	5.4510	5.6605	6.1355	-	3.112	4.982
Georgia	5.4512	5.6533	6.0959	4.520	3.189	5.185
En	5.8686	6.0584	6.4794	-	3.545	5.703

Cálculo de las energías de transición de banda ternaria.

Por el contrario, se utiliza un término cuadrático para calcular las energías de transición de banda E _g . Con este término, los valores determinados experimentalmente se aproximan lo más posible a una curva curva. Los términos adicionales constantes para los parámetros de difracción en caliente (ger .: parámetro de arco ). ${\ Displaystyle C}$

{\ Displaystyle E _ {\ mathrm {g}} (A_ {x} B_ {1-x} Z) = x \ cdot E _ {\ mathrm {g}} (AZ) + (1-x) \ cdot E _ {\ mathrm {g}} (BZ) + x \ cdot (1-x) \ cdot C (A_ {x} B_ {1-x} Z)}

Ver también

literatura

I. Vurgaftman, JR Meyer, LR Ram-Mohan: parámetros de banda para semiconductores compuestos III-V y sus aleaciones. En: Revista de Física Aplicada. 89, 2001, pág.5815, doi: 10.1063 / 1.1368156 .
I. Vurgaftman, JR Meyer: Parámetros de banda para semiconductores que contienen nitrógeno. En: Revista de Física Aplicada . 94, 2003, pág.3675, doi: 10.1063 / 1.1600519 .

enlaces web

Evidencia individual

↑ Récord mundial: 41,1% de eficiencia para células solares de unión múltiple en Fraunhofer ISE. (Ya no está disponible en línea.) En: Información de prensa 01/09. Fraunhofer ISE, 14 de enero de 2009, archivado desde el original el 13 de agosto de 2011 ; Consultado el 22 de enero de 2010 .
↑ L. Vegard: La constitución de los cristales mixtos y el espacio de llenado de los átomos. En: Z. Phys. 5, núm. 1, 1921, págs. 17-26, doi: 10.1007 / BF01349680 .

[1] Récord mundial: 41,1% de eficiencia para células solares de unión múltiple en Fraunhofer ISE. (Ya no está disponible en línea.) En: Información de prensa 01/09. Fraunhofer ISE, 14 de enero de 2009, archivado desde el original el 13 de agosto de 2011 ; Consultado el 22 de enero de 2010 .

[2] L. Vegard: La constitución de los cristales mixtos y el espacio de llenado de los átomos. En: Z. Phys. 5, núm. 1, 1921, págs. 17-26, doi: 10.1007 / BF01349680 .

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