GaAs(砷化镓)PPT课件

据，因而被广泛应用于遥控、手机、DVD计算机外设、照
明等诸多光电子领域。另外，因其电子迁移率比硅高6倍，
砷化镓成为超高速、超高频器件和集成电路的必需品。它
还被广泛使用于军事领域，是激光制导导弹的重要材料，
曾在海湾战争中大显神威，赢得“砷化镓打败钢铁”的美
名。 据悉，砷化镓单晶片的价格大约相当于同尺寸硅单
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• 合,转换效率提高至16 % ,开创了高效率砷化镓太 • 阳电池的新纪元。20 世纪80 年代后, GaAs 太阳电 • 池技术经历了从L PE 到MOCVD ,从同质外延到异 • 质外延,从单结到多结叠层结构的几个发展阶段,其 • 发展速度日益加快,效率也不断提高,最高效率已达 • 到29 %。与硅太阳电池相比, GaAs 太阳电池具有 • 更高的光电转换效率、更强的抗辐照能力和更好的 • 耐高温性能,是公认的新一代高性能长寿命空间主 • 电源。从80 年代至今, GaAs 太阳电池在空间主电 • 源领域的应用比例日益增大。
致力于利用新技术批量生产更大的砷化镓晶片。
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砷化镓太阳能充电器,
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三结砷化镓太阳能电池片
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• 砷化镓太阳能电池
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砷化镓太阳电池技术的进展与前景
• GaAs 太阳电池的发展已有40 余年的历史。20 • 世纪50 年代首次发现GaAs 材料具有光伏效应后, • LOFERSKI 确立了太阳电池光电转换效率与材料 • 禁带宽度Eg 间的关系,即Eg = 1. 4～1. 6 eV 的材 • 料光电转换效率高。而GaAs 材料的Eg = 1. 43 eV , • 能获得较高的转换效率。J ENN Y等首次制成GaAs • 太阳电池,其效率为6. 5 %。60 年代GOBAT 等研 • 制了第1 个掺锌GaAs 太阳电池,但转换效率仅为 • 9 %～ 10 % , 远低于27 % 的理论值。70 年代, • WOODAL 等采用L PE 技术,在GaAs 表面生长一 • 层宽禁带Al x Ga12 x As 窗口层,大大减少了表面复
晶片的20至30倍。尽管价格不菲，目前国际上砷化镓半导
体的年销售额仍在10亿美元以上。在“十五”计划中，我
国将实现该产品的产业化，以. 占据国际市场。[1]
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砷化镓太阳能电池
• 中文名称：
– 砷化镓太阳能电池
• 英文名称：
– gallium arsenide solar cell
• 定义：
– 以砷化镓为基体材料的太阳能电池。
砷化镓 GaAs
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• 是Ⅲ-Ⅴ族元素化合的化合物，黑灰色固体，熔点 1238℃。它在600℃以下，能在空气中稳定存在， 并且不为非氧化性的酸侵蚀。
• 是一种重要的化合物半导体材料，同锗、硅比， 其禁带宽度和电子迁移率都比较大，用它制造的 器件有较好的频率特性和耐高温特性。用来制造 微波半导体器件和半导体激光器。由镓和砷在高 温下合成，再制成单晶体。
半导体化学的研究领域和对象也将不断地扩展。
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砷化镓特性
• 由于传送讯号的射频元件需要工作频率高、 低功率消耗、低杂讯等特色，而砷化镓本 身具有光电特性与高速，因此砷化镓多用 於光电元件和高频通讯用元件。砷化镓可 应用在WLAN、WLL、光纤通讯、卫星通讯、 LMDS、VSAT等微波通讯上。
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砷化镓基本属性
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• 20世纪50年代，半导体器件的生产主要采用锗单 晶材料，到了60年代，由于硅单晶材料的性能远 远超过锗，因而半导体硅得到了广泛的应用，在 半导体材料中硅已经占据主导地位。大规模集成
电路的制造都是以硅单晶材料为主的，Ⅲ-Ⅴ族化 合物半导体如砷化镓、磷化镓、锑化铟等也越来 越受到人们的重视，特别是砷化镓具有硅、锗所 不具备的能在高温度频下工作的优良特性，它还 有更大的禁带宽度和电子迁移率，适合于制造微 波体效应器件、高效红外发光二极管和半导体激 光器，因而砷化镓是一种很有发展前途的半导体 材料。随着大规模集成电路制造工艺水平的提高，
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• 英文名称:Gallium arsenide • 分子量:144.64
• 结构式:
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• 半导体材料的种类繁多，从单质到化合物，从无 机物到有机物，从单晶体到非晶体，都可以作为 半导体材料。根据材料的化学组成和结构，可以 将半导体划分为：元素半导体，如硅（Si）、锗 （Ge）；二元化合物半导体，如砷化镓(GaAs)、 锑化铟（InSb）；三元化合物半导体，如GaAsAl、 GaAsP；固溶体半导体，如Ge-Si、GaAs-GaP； 玻璃半导体(又称非晶态半导体），如非晶硅、玻 璃态氧化物半导体；有机半导体，如酞菁、酞菁 铜、聚丙烯腈等。
然后利用化学物质使砷化镓层分离出来，可同时生成多层
砷化镓晶片，大大降低了成本。这些砷化镓晶片可以像
“盖章”那样安装到玻璃或塑料等材料表面，然后可使用
已有技术进行蚀刻，根据需要制造半导体电路或太阳能电
池板。
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不过，该技术目前还只能用于批量生产较小的砷化镓
晶片，如边长500微米的太阳能电池单元。下一步研究将
外，还可以用于制作转移器件──体效应器件。砷 化镓是半导体材料中,兼具多方面优点的材料,但用 它制作的晶体三极管的放大倍数小，导热性差， 不适宜制作大功率器件。虽然砷化镓具有优越的 性能，但由于它在高温下分解，故要生长理想化
学配比的高纯的单晶材料，技术上要求比较高。
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砷化镓单晶生产技术
• 中国掌握“半导体贵族”砷化镓单晶生产技术
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• 砷化镓晶片发展前景
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2010年5月，新一期英国《自然》杂志报告说，美国
研究人员研发出一种可批量生产砷化镓晶片的技术，克服
了成本上的瓶颈，从而使砷化镓这种感光性能比硅更优良
的材料有望大规模用于半导体和太阳能相关产业[2]。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
美国伊利诺伊大学等机构研究人员报告说，他们开发
出的新技术可以生成由砷化镓和砷化铝交叠的多层晶体，
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作为第二代半导体，砷化镓单晶因其价格昂贵而素有
“半导体贵族”之称。昨天，中国科学家宣布已掌握一种
生产这种材料的新技术，使中国成为继日本、德国之后掌
握这一技术的又一国家。 北京有色金属研究总院宣布，
国内成功拉制出了第一根直径4英寸的VCZ半绝缘砷化镓
单晶。
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据专家介绍，砷化镓可在一块芯片上同时处理光电数
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• 砷化镓于1964年进入实用阶段。砷化镓可以制成 电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材 料,用来制作集成电路衬底、红外探测器、γ光子 探测器等。由于其电子迁移率比硅大5～6倍，故 在制作微波器件和高速数字电路方面得到重要应 用。用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、 低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。此