Galliumnitriid

See artikkel vajab toimetamist. (August 2023) Palun aita artiklit toimetada. (Kuidas ja millal see märkus eemaldada?)

See artikkel ootab keeletoimetamist. (August 2023) Kui oskad, siis palun aita artiklit keeleliselt parandada. (Kuidas ja millal see märkus eemaldada?)

Galliumnitriid (lühend GaN) on väga raske ja mehaaniliselt stabiilne, laia ribalaiusega pooljuht, millel on suur läbilöögitugevus, kiire lülituskiirus, suure soojusjuhtivus ja väike sisselülitustakistus.

Kristalle saab kasvada erinevatel substraatidel, näiteks safiiril, ränikarbiidil ja ränil. Galliumnitriid on binaarne III ja V perioodilisustabeli elementide rühma materjale kasutav otsese ribalaiusega pooljuht. Sobides hästi suure võimsusega transistoridele, mis on võimelised töötama kõrgetel temperatuuridel. Pooljuhtmaterjalidel on olemas ribalaius. See on tahkises olev energiavahemik, kus elektron ei saa eksisteerida. Ribalaius on seotud sellega, kuidas suudab tahke materjal elektrit juhtida. Galliumnitriid on ribalaiusega 3,4 eV, kuid ränil on see 1,12 eV. Laiem ribalaius tingib selle, et galliumnitriid suudab taluda kõrgemat pinget ja temperatuuri kui räni transistorid. Laiem riba lubab galliumnitriidi rakendada optoelektroonilistes, suurt võimsust vajavates ja kõrgsagedustel töötavates seadmetes. Võimalus töötada kõrgematel temperatuuridel ja pingetel kui Galliumarseniid (lühend GaAs) transistorid, muutes galliumnitriidi ideaalseks võimsusvõimendiks mikrolaine- ja terahertsseadmete jaoks, tuleviku turgudeks pildistamise ja tuvastamise jaoks.^[1] Füüsiliselt on galliumnitriid väga kõva materjal Knoopi kõvadusena mõõdetuna koefitsiendiga 14,21 GPa. Puhtal kujul on see purunemiskindel ja seda saab sadestada õhukese kihina substraatidele.

Galliumnitriid on peale räni kõige populaarsem materjal pooljuhtide tööstuses. Galliumnitriid kui laia ribalaiusega pooljuht, mida kasutatakse kõrge efektiivsusega võimsustransistorides ja integraallülitustes. Kasvatades õhukese alumiinium-galliumnitriidi kihti kristalli peale, siis tekib liidesel tüvi, mis indutseerib kompenseeriva kahemõõtmelise elektrongaasi (inglise two-dimensional electron gas, lühend 2DEG). Seda kasutatakse elektronide efektiivseks juhtimiseks elektrivälja toimel. 2DEG on väga juhtiv, elektronide piirnemise tõttu liidese väga väikeses piirkonnas. Piirang suurendab elektronide liikumist umbes 1000 korda 2DEG piirkonnas. Kõrge liikuvus toodab transistore ja integraallülitusi. Galliumnitriidil põhinevad elektroonikaseadmed lülituvad seega kiiremini ja tarbivad vähem energiat kui klassikalised ränipõhised seadmed.^[2]

1990. aastatest on galliumnitriidi kasutatud valgusdioodides. Galliumnitriid eraldab sinist valgust, mida kasutatakse Blu-ray plaadi lugemiseks. Samuti kasutatakse galliumnitriidi pooljuhtide toiteseadmetes, RF-komponentides, seadmetes, mis on mõeldud raadiosagedusel signaalide edastamiseks või vastuvõtmiseks, laserites ja fotoonikas. Tulevikus näeme galliumnitriidi andurite tehnoloogias.^[1]