GaAs(砷化镓)
砷化镓 前景
砷化镓前景砷化镓（GaAs）是一种半导体材料，具有广泛的应用前景。
以下是砷化镓在不同领域的前景。
1. 光电子学砷化镓是光电子学领域中的关键材料之一。
由于其能隙匹配与光的能量范围，砷化镓被广泛应用于光电探测器、光电二极管、光电倍增管等器件中。
它具有良好的光电转换效率和快速的响应速度，可用于光通信、光纤传感和光电显示等领域。
2. 太阳能电池砷化镓太阳能电池具有光电转换效率高、能量损失小等优点，已成为太阳能领域的热门研究方向。
砷化镓太阳能电池在高光照度和室温下表现出色，并且对光谱范围较宽，可在较高温度下运作。
因此，砷化镓太阳能电池有望成为替代传统硅太阳能电池的高效能源选择。
3. 通信和雷达系统砷化镓在通信和雷达系统中的应用已得到广泛验证。
它具有高频高速度的特性，可用于高速数据传输、卫星通信和雷达系统。
砷化镓集成电路与频率可达60 GHz及以上，可以实现更高效的通信和雷达系统。
4. 微波集成电路砷化镓广泛应用于微波集成电路中。
它的高电子迁移率、高饱和漂移速度和良好的线性特性使得砷化镓电路在射频和微波应用中具有竞争力。
砷化镓微波集成电路可用于无线通信、高速数据处理和雷达系统等领域。
5. 传感器技术由于砷化镓具有高电子迁移率和高饱和漂移速度，它在传感器技术中具有广泛应用前景。
砷化镓传感器对温度、压力、光强度和气体浓度等物理量的检测具有高灵敏度和快速响应的特点，可应用于环境监测、生物医学和军事领域。
总之，砷化镓作为一种优良的半导体材料，在光电子学、太阳能电池、通信和雷达系统、微波集成电路和传感器技术等领域具有广阔的应用前景。
随着科学技术的不断发展，砷化镓的性能和应用将进一步得到优化和拓展。
砷化镓
砷化镓（GaAs）砷化镓单晶的导带为双能谷结构，其最低能谷位于第一布里渊区中心，电子有效质量是0.068m0 (m0为电子质量，见载流子)，次低能谷位于<111>方向的L点，较最低能谷约高出0.29eV，其电子有效质量为0.55m0，价带顶约位于布里渊区中心，价带中轻空穴和重空穴的有效质量分别为0.082m0和0.45m0。
较纯砷化镓晶体的电子和空穴迁移率分别为8000cm2/(V·s)和100～300cm2/(V·s)，少数载流子寿命为10-2～10-3μs。
在其中掺入Ⅵ族元素Te、Se、S等或Ⅳ族元素Si，可获得N型半导体，掺入Ⅱ族元素Be、Zn等可制得P 型半导体，掺入Cr或提高纯度可制成电阻率高达107～108Ω·cm的半绝缘材料。
由于GaAs具有很高的电子迁移率，故可用于制备高速或微波半导体器件。
砷化镓还用于制作耐高温、抗辐照或低噪声器件，以及近红外发光和激光器件，也用于作光电阴极材料等。
更重要的是它将成为今后发展超高速半导体集成电路的基础材料。
制备GaAs单晶的方法有区熔法和液封直拉法。
用扩散、离子注入、气相或液相外延及蒸发等方法可制成PN结、异质结、肖特基结和欧姆接触等。
近十余年来，由于分子束外延和金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术的发展，可在GaAs单晶衬底上制备异质结和超晶格结构，已用这些结构制成了新型半导体器件如高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结双极型晶体管(HBT)及激光器等，为GaAs材料的应用开发了更广阔的前景。
采用气相沉积或液相沉积等方法，使镓、砷源或其衍生物在以砷化镓或其他材料为衬底的表面上生长砷化镓或其他材料的单晶薄膜，统称为砷化镓外延材料。
衬底和外延层如由同一种材料构成的则称为同质结外延层，如由不同材料构成则称为异质结外延层。
外延材料可以是单层结构，也可以是多层结构。
外延材料的制备方法主要有气相外延法和液相外延法。
砷化镓点群
砷化镓点群砷化镓（Gallium Arsenide，缩写为GaAs）是一种广泛应用于半导体行业的化合物半导体材料，具有许多优异的性能特点。
它的点群是F-43m，下面将对砷化镓的点群特征、应用以及相关的技术进展进行详细介绍。
砷化镓的点群是F-43m，也称为立方晶系。
立方晶系的特点是晶胞具有六个面，每个面上有一个晶格点，晶胞角度为90度。
这意味着砷化镓的晶体结构是由对称度很高的立方晶体单元构成的。
该点群下的镓和砷原子呈现八面体对称排列，具有最高的点群对称性。
砷化镓的点群决定了其一些特殊的物理特性。
首先，砷化镓是直接带隙半导体，具有较高的电子迁移率和光吸收能力。
这使得砷化镓在高速电子器件和光电器件中具有广泛应用。
其次，砷化镓具有较高的热稳定性和较低的有效质量。
这使得砷化镓的晶体结构更加稳定，能够在高温环境下工作，并且具有更好的载流子输运性能。
砷化镓的点群特征还影响了其在电子器件中的应用。
由于其高载流子迁移率和较低的有效质量，砷化镓常被用于制造高频器件、功率放大器和微波集成电路等。
砷化镓晶体管是一种常见的高频放大器，在手机、通信设备和卫星通信中得到广泛应用。
此外，砷化镓光电器件的制造也非常重要。
例如，砷化镓太阳能电池具有高光电转换效率和较低的工作温度，适用于太空应用和光伏发电系统。
此外，砷化镓还可用于制造LED器件、半导体激光器和高速光通信器件，其优异的光电特性使其成为发展光电子学的重要材料。
近年来，随着半导体技术的不断发展，砷化镓的应用领域也在持续扩大。
砷化镓纳米线、二维砷化镓等新型结构材料的研究取得了重大突破。
这些新材料在能带结构、载流子输运等方面的特点与传统砷化镓有所不同，并且在光电子学、能源存储等领域具有潜在的应用前景。
另外，砷化镓与其他半导体材料的异质结构也在广泛研究，例如砷化镓/氮化镓异质结构、砷化镓/磷化镓异质结构等。
这些异质结构的制备技术和特性研究为制造复杂电子器件和光电器件提供了新的途径。
砷化镓简介
砷化镓（gallium arsenide）化学式 GaAs。
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。
砷化镓简介一种重要的半导体材料。
属Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体。
化学式GaAs，分子量144.63，属闪锌矿型晶格结构，晶格常数5.65×10-10m，熔点1237℃，禁带宽度1.4电子伏。
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。
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，2001年7月31日，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。
据专家介绍，砷化镓可在一块芯片上同时处理光电数据，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。
砷化镓无机非金属材料
砷化镓无机非金属材料砷化镓（Gallium Arsenide，GaAs）是一种无机非金属材料，由镓（Ga）和砷（As）元素组成。
它具有多种优良的性能和应用领域，如光电子学、半导体器件等。
本文将对砷化镓的性质、制备方法、应用领域进行全面详细的介绍。
1. 砷化镓的性质砷化镓在室温下为黑色结晶固体，具有以下主要性质：1.1 密度和晶体结构砷化镓的密度约为5.32克/立方厘米，其晶体结构属于锐钛矿型（Zinc Blende，ZB），由镓和砷原子以ABAB…排列方式组成。
晶格常数为5.65 Å。
1.2 波长范围砷化镓的带隙宽度较窄，约为1.43电子伏特（eV），相当于可见光的波长范围。
因此，砷化镓在可见光和近红外光谱范围内具有较好的光电转换性能。
1.3 电子迁移率和载流子浓度砷化镓具有较高的电子迁移率，在高电子浓度下可超过8,500 cm²/Vs，而在低电子浓度下也能保持较高的迁移率。
此外，它具有较低的载流子浓度，有助于减小电子设备的噪声和功耗。
1.4 热导率和导热系数砷化镓具有较高的热导率，约为50 W/m·K，使其在高功率应用中能够快速散热。
此外，它的热膨胀系数较小，使其与一些其他材料（如硅）具有较好的热匹配性。
1.5 光电器件性能由于砷化镓的带隙宽度较小，因此它具有良好的光电转换性能。
它的光电器件可以实现高速、高频率的光通信和激光器。
此外，砷化镓光电器件具有较高的光子产额和较低的消光比，使其在光电子学中得到广泛应用。
2. 砷化镓的制备方法砷化镓的制备方法主要包括化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）、分子束外延（Molecular Beam Epitaxy，MBE）和金属有机化学气相沉积（Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD）等。
2.1 化学气相沉积化学气相沉积是一种常用的砷化镓制备方法。
砷化镓电催化
砷化镓电催化1. 概述砷化镓（GaAs）是一种半导体材料，具有优良的光电性能和电子迁移率。
近年来，砷化镓在电催化领域中引起了广泛的关注。
砷化镓电催化是利用砷化镓材料作为催化剂，在电场作用下促进反应速率的过程。
本文将对砷化镓电催化的原理、应用以及展望进行详细介绍。
2. 原理2.1 砷化镓的特性砷化镓是一种III-V族半导体材料，由镓和砷元素组成。
它具有以下特性：•带隙宽度较大：砷化镓的带隙宽度为1.42 eV，属于直接带隙半导体材料。
这使得它对可见光具有较好的吸收能力。
•高载流子迁移率：相比其他半导体材料，砷化镓具有更高的载流子迁移率，这使得它在光电器件中具有更好的性能。
•耐高温性能优异：砷化镓能够在高温环境下保持较好的电学性能，这使得它在催化反应中具有更广泛的应用前景。
2.2 砷化镓电催化原理砷化镓电催化是利用外加电场对砷化镓材料表面的活性位点进行调控，从而促进催化反应的进行。
其基本原理如下：•电子传输：在外加电场作用下，砷化镓材料中的载流子（电子）会发生移动，形成一个由负极向正极方向的电流。
这些移动的载流子可以参与到催化反应中，提供活性位点和电子转移。
•活性位点调控：砷化镓表面存在大量的活性位点，这些位点能够吸附反应物分子，并提供必要的反应活性。
外加电场可以调控这些活性位点的能级和吸附特性，从而影响反应速率和选择性。
•催化剂再生：在催化过程中，砷化镓材料可能会受到污染或失活。
通过施加适当的电场，可以实现对催化剂表面的再生和修复。
3. 应用3.1 电催化水分解水分解是一种重要的能源转换和储存方式，可以将水分子转化为氢气和氧气。
砷化镓电催化在水分解中具有以下优势：•高效率：砷化镓具有较高的光吸收能力和载流子迁移率，可以实现高效的光电转换效率。
•稳定性：砷化镓对于酸碱环境和高温条件具有较好的稳定性，可以在恶劣环境下长时间运行。
•可调控性：通过调节外加电场强度和方向，可以精确控制反应速率和产物选择性。
砷化镓的参数
砷化镓的参数砷化镓（GalliumArsenide,称GaAs）一直以来都是电子产品中最重要的材料之一。
由于它体积小、功耗低、能量利用率高，因此它在微处理器、射频放大、模拟电路等电子产品中非常有用，在构建各类半导体时也得到了广泛的使用。
然而，传统的砷化镓薄膜和材料带来的技术难题和过程工艺挑战在不断增加。
因此，了解GaAs的性能及其参数的细微差别对于成功应用GaAs非常重要。
GaAs的结构及功能由其参数决定，可以根据它的表面状态、晶体结构及其它物理参数来评估。
例如，可以用拉曼光谱法评估GaAs 薄膜的厚度及其变化，以及其材料的吸收带和发射带；可以用X射线衍射技术测量GaAs的结构尺寸及其结构的变化、晶体塔德比及其它参数；还可以通过电子显微镜来评估GaAs的表面构造、表面层状态以及晶体结构。
GaAs的参数多样且复杂，但可以根据它的不同参数来分析和评估它的功能性能。
其中最常用的参数包括晶体尺寸、晶体塔德比以及表面形态参数，每个参数都对GaAs功能性能有一定影响。
晶体尺寸是GaAs晶体表面状态的最小单位，它可以帮助电子学家们测量GaAs晶体的空间结构、表面形态及其它物理参数。
晶体尺寸是一个有限的值，严格控制晶体尺寸可以提高GaAs晶体表面完整性，从而增强其性能。
晶体塔德比（TDR）是指GaAs晶体的表面形态、晶向及晶体结构。
它是一种特殊的表面特征，可以识别GaAs晶体的表面形态和晶体定向。
在GaAs的发光器件的制作中，TDR是用来测量器件的光学性能的重要参数之一，以确定结构的完整性及其功能性能。
最后，表面形态参数也是GaAs晶体特性的重要参数。
表面形态参数包括表面粗糙度、表面缺陷、表面张力等。
这些参数可以帮助人们了解GaAs晶体表面的粗糙度、缺陷、张力等，更好地了解GaAs晶体表面形态、晶体结构及其性能，从而更好地控制其功能性能。
总之，砷化镓（GaAs）是一种重要的半导体材料，它的性能及其参数的细微差别都与GaAs晶体的功能性能直接相关。
砷化镓半导体材料
砷化镓半导体材料砷化镓（Gallium Arsenide，简称GaAs）是一种重要的半导体材料，具有较高的电子迁移率和较宽的能带间隙，广泛应用于光电子器件、集成电路和微波器件等领域。
砷化镓是由镓原子和砷原子按照1:1的比例组成的化合物，具有类似于硅的晶体结构。
由于GaAs在晶体质量、材料纯度和生长工艺等方面都具有优势，因此被广泛应用于高性能电子器件的制造中。
与硅相比，砷化镓具有更好的热导率、更低的饱和漂移速度和更高的饱和电子迁移率，因此在高频和高功率应用中表现得更出色。
砷化镓材料可以通过多种方法生长，包括分子束外延（MBE）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）和液相外延（LPE）等。
其中，MBE和MOCVD是目前最常用的砷化镓生长技术。
MBE是利用分子束外延设备，在真空中逐层生长砷化镓晶体，可以实现高纯度材料的生长，但生长速度较慢；MOCVD是利用金属有机前体在高温下进行化学反应生成砷化镓薄膜，生长速度较快，适合大面积的生长需求。
砷化镓材料具有很多优点，使其在许多领域得到广泛应用。
首先，砷化镓具有较高的电子迁移率，使得其在高频电子器件中能够实现较高的工作频率。
其次，砷化镓的能带间隙为1.43eV，远大于硅的1.12eV，使其具有较高的光吸收系数和较短的载流子寿命，适合于光电子器件的制造，如激光器、太阳能电池和光电二极管等。
此外，与硅相比，砷化镓在高温下的电学性能更稳定，适用于高温环境下的工作。
在光电子器件方面，砷化镓被广泛应用于激光器的制造。
砷化镓激光器具有较高的发光效率和较宽的发光波长范围，适用于光通信、光存储和光制造等领域。
此外，砷化镓也可以用于制造太阳能电池，由于其能带间隙较大，对高能光的吸收更高，可以提高太阳能电池的转换效率。
在集成电路领域，砷化镓常用于制造高电子迁移率晶体管（HEMT）和互补金属氧化物半导体（CMOS）。
HEMT是一种高频、高功率应用的场效应晶体管，具有较高的电子迁移率和较高的工作频率。
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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
• 分解的方式在衬底上进行气相沉积(气相外延) ,生
• 长Ⅲ2 Ⅴ族、Ⅱ2 Ⅵ族化合物半导体及其三元、四元化
• 合物半导体薄膜单晶。
• 20 世纪70 年代末,MOCVD 开始用于研制
• GaAs 太阳电池。与L PE 相比,MOCVD 虽然设备
• 成本较高,但具有不可比拟的优越性。
• 3 国外技术的进展 • 3. 1 单结GaAs 太阳电池 • 3. 1. 1 单结GaAs/ GaAs 太阳电池 • 20 世纪70～80 年代,以GaAs 单晶为衬底的单 • 结GaAs/ GaAs 太阳电池研制基本采用L PE 技术生 • 长,最高效率达到21 %。80 年代中期,已能大批量 • 生产面积为2 cm ×2 cm 或2 cm ×4 cm 的GaAs/ • GaAs 电池,如美国休斯公司采用多片L PE 设备,年 • 产3 万多片2 cm ×2 cm 电池,最高效率达19 % ,平 • 均效率为17 %(AM0) ;日本三菱公司采用垂直分离 • 三室L PE 技术,一个外延流程可生产200 片2 cm × • 2 cm GaAs 电池,最高效率达19. 3 % ,平均效率为 • 17. 5 %(AM0) 。此外,国外也用MOCVD 技术研制 • GaAs/ GaAs 太阳电池,美国生产的GaAs/ GaAs 太阳 • 电池,批产的平均效率达到了17. 5 %(AM0) 。 • 3. 1. 2 单结GaAs/ Ge 太阳电池
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
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
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。
•
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
致力于利用新技术批量生产更大的砷化镓晶片。
砷化镓太阳能充电器,
三结砷化镓太阳能电池片
• 砷化镓太阳能电池
砷化镓太阳电池技术的进展与前景
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]。
•
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，
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
• 结晶在衬底上,实现晶体的外延生长。
• 20 世纪70 年代初, L PE 开始用于单结GaAs
• 太阳电池的研制。通过在GaAs 单晶衬底上外延生
• 长n2GaAs、p2GaAs 和一层宽禁带Al x Ga12xAs 窗口
• 层,使GaAs 太阳电池效率明显提高。L PE 设备成
• 本较低,技术较为简单,可用于单结GaAs/ GaAs 太
而
• BSFSi 太阳电池仅为0. 70 。
• e) 可制成效率更高的多结叠层太阳电池
• MOCVD 技术的日益完善, Ⅲ2 Ⅴ族三元、 四元化合
• 物半导体材料( Ga InP、AlGa InP、Ga InAs 等) 生长技
• 术取得的重大进展,为多结叠层太阳电池研 制提供
• 了多种可供选择的材料。
• b) 可制成薄膜和超薄型太阳电池 GaAs 为直 • 接跃迁型材料,而Si 为间接跃迁型材料。在可见光 • 范围内, GaAs 材料的光吸收系数远高于Si 材料。 • 同样吸收95 %的太阳光, GaAs 太阳电池只需5～ • 10μm的厚度,而Si 太阳电池则需大于150μm。因 • 此,GaAs 太阳电池能制成薄膜型,质量可大幅减小。
•
MOCVD 是MANASEVIT 在1968 年提出的一
• 种制备化合物半导体薄层单晶的方法。其原理是采
• 用Ⅲ族、Ⅱ族元素的金属有机化合物Ga (CH3) 3 、
• Al (CH3) 3 、Zn (C2H5) 2 等和Ⅴ族、Ⅵ族元素的氢化物
• (PH3 、AsH3 、H2Se) 等作为晶体生长的源材料,以热
• 阳电池的批产。
• L PE 的缺点是异质界面生长无法进行、多层复
• 杂结构的生长难以实现和外延层参数难以精确控制
• 等,这限制了GaAs 太阳电池性能的进一步提高。
• 20 世纪90 年代初,国外已基本不再发展该技术,但
• 欧、俄、日等地区和国家仍保留L PE 设备,用于研制
• 2. 2 MOCVD 技术
• c) 耐高温性能好 GaAs 的本征载流子浓度低, • GaAs 太阳电池的最大功率温度系数( - 2 ×
• 10 - 3 • ℃- 1) 比Si 太阳电池( - 4. 4 ×10 - 3 • ℃- 1 ) 小 • 很多。200 ℃时,Si 太阳电池已不能工作,而GaAs • 太阳电池的效率仍有约10 %。
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。
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
•
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。
•
据专家介绍，砷化镓可在一块芯片上同时处理光电数
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 GaAs
• 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。
• 1 特点
•
GaAs 太阳电池是一种Ⅲ2 Ⅴ族化合物
半导体太阳电池,与Si 太阳电池相比,其特点
为:
• a) 光电转换效率高 GaAs 的禁带宽度较Si 为
• 宽,GaAs 的光谱响应特性和空间太阳光谱 匹配能力亦比Si 好,因此, GaAs 太阳电池的 光电转换效率高。Si 太阳电池理论效率为 23 % ,而单结和多结GaAs 太阳电池的理论 效率分别为27 %和50 %。
• d) 抗辐射性能好 GaAs 为直接禁带材料,少数 • 载流子寿命较短,在离结几个扩散度外产生的损伤, • 对光电流和暗电流均无影响。因此,其抗高能粒子 • 辐照的性能优于间接禁带的Si 太阳电池。在电子 • 能量为1 MeV ,通量为1 ×1015 个/ cm2 辐照条件 • 下,辐照后与辐照前太阳电池输出功率比, GaAs 单 • 结太阳电池> 0. 76 ,GaAs 多结太阳电池> 0. 81 ,
砷化镓基本属性
• 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 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
• 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。
• 2. 1 LPE技术
•
L PE 是NELSON 在1963 年提出的一种外延
• 生长技术。其原理是以低熔点的金属(如Ga 、In 等)
• 为溶剂,以待生长材料(如GaAs、Al 等) 和掺杂剂
• (如Zn、Te 、Sn 等) 为溶质,使溶质在溶剂中呈饱和
• 或过饱和状态,通过降温冷却使溶质从溶剂中析出,
• 效率为30 % ,三结GaAs 太阳电池的极限效率为
• 38 % ,四结GaAs 太阳电池的极限效率为41 %。
• 英文名称:Gallium arsenide • 分子量:144.64
• 结构式:
• 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。