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 氮化鎵

中文名稱: 氮化鎵

英文名稱：azanylidynegallane

化學(xué)別名：金,海綿狀

分子式: GaH2N

 

分子量: 83.73

CAS號： 25617-97-4

質(zhì)檢信息

檢驗(yàn)項(xiàng)目        指標(biāo)   

含量,             ≥99.99%（高純試劑）

雜質(zhì)陽離子總量,％ ≤0.001

PSA：            23.79000

LOGP：         -0.14072

化學(xué)特性

氮化鎵是一種無機(jī)物，是氮和鎵的化合物，是一種直接能隙的半導(dǎo)體，灰色/黃色結(jié)晶固體，熔點(diǎn)800ºC對濕敏感，具致敏性。第三代半導(dǎo)體材料以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化鋅（ZnO）、金剛石為代表，是5G時(shí)代的主要材料，其中氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）的市場和發(fā)展空間最大。氮化鎵作為第三代半導(dǎo)體材料，有更高的禁帶寬度，是迄今理論上電光、光電轉(zhuǎn)換效率最高的材料體系，下游應(yīng)用包括微波射頻器件(通信基站等)，電力電子器件(電源等)，光電器件(LED照明等)。不過，第三代半導(dǎo)體材料中，受技術(shù)與工藝水平限制，氮化鎵材料作為襯底實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)，其應(yīng)用主要是以藍(lán)寶石、硅晶片或碳化硅晶片為襯底，通過外延生長氮化鎵以制造氮化鎵器件。實(shí)際上，氮化鎵（GaN）技術(shù)并不是一種新的半導(dǎo)體技術(shù)，自1990年起就已經(jīng)常被用在發(fā)光二極管中，但成本昂貴。從制造工藝上來說，氮化鎵沒有液態(tài)，不能使用單晶硅生產(chǎn)工藝的傳統(tǒng)直拉法拉出單晶，需要純靠氣體反應(yīng)合成，而氮?dú)庑再|(zhì)非常穩(wěn)定，鎵又是非常稀有的金屬（鎵是伴生礦，沒有形成集中的鎵礦，主要從鋁土礦中提煉，成本比較高），而且兩者反應(yīng)時(shí)間長，速度慢，反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物多。生產(chǎn)氮化鎵對設(shè)備要求又苛刻，技術(shù)復(fù)雜，產(chǎn)能極低，眾多因素疊加影響導(dǎo)致氮化鎵單晶材料很貴。與堿反應(yīng)放出氫氣，能被冷濃鹽酸浸蝕，對熱硝酸鈍性；高溫時(shí)能與多數(shù)金屬反應(yīng)。溶于酸和堿中，微溶于汞，不溶于水。

GaN材料的研究與應(yīng)用是目前全球半導(dǎo)體研究的前沿和熱點(diǎn)，是研制微電子器件、光電子器件的新型半導(dǎo)體材料，并與SIC、金剛石等半導(dǎo)體材料一起，被譽(yù)為是繼第一代Ge、Si半導(dǎo)體材料、第二代GaAs、InP化合物半導(dǎo)體材料之后的第三代半導(dǎo)體材料。它具有寬的直接帶隙、強(qiáng)的原子鍵、高的熱導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性好（幾乎不被任何酸腐蝕）等性質(zhì)和強(qiáng)的抗輻照能力，在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應(yīng)用方面有著廣闊的前景。

氮化鎵（GAN）是第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，在T=300K時(shí)為，是半導(dǎo)體照明中發(fā)光二極管的核心組成部分。氮化鎵是一種人造材料，自然形成氮化鎵的條件極為苛刻，需要2000多度的高溫和近萬個(gè)大氣壓的條件才能用金屬鎵和氮?dú)夂铣蔀榈?，在自然界是不可能?shí)現(xiàn)的。

高性能：主要包括高輸出功率、高功率密度、高工作帶寬、高效率、體積小、重量輕等。目前第一代和第二代半導(dǎo)體材料在輸出功率方面已經(jīng)達(dá)到了極限，而GaN半導(dǎo)體由于在熱穩(wěn)定性能方面的優(yōu)勢，很容易就實(shí)現(xiàn)高工作脈寬和高工作比，將天線單元級的發(fā)射功率提高10倍。

高可靠性：功率器件的壽命與其溫度密切相關(guān)，溫結(jié)越高，壽命越低。GaN材料具有高溫結(jié)和高熱傳導(dǎo)率等特性，極大地提高了器件在不同溫度下的適應(yīng)性和可靠性。GaN器件可以用在650°C以上的軍用裝備中。

低成本：GaN半導(dǎo)體的應(yīng)用，能夠有效改善發(fā)射天線的設(shè)計(jì)，減少發(fā)射組件的數(shù)目和放大器的級數(shù)等，有效降低成本。目前GaN已經(jīng)開始取代GaAs作為新型雷達(dá)和干擾機(jī)的T/R（收/發(fā)）模塊電子器件材料。美軍下一代的AMDR（固態(tài)有源相控陣?yán)走_(dá)）便采用了GaN半導(dǎo)體。氮化鎵禁帶寬度大、擊穿電壓高、熱導(dǎo)率大、電子飽和漂移速度高、抗輻射能力強(qiáng)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)越性質(zhì)，使得它成為迄今理論上電光、光電轉(zhuǎn)換效率最高的材料體系，并可以成為制備寬波譜、高功率、高效率的微電子、電力電子、光電子等器件的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。

產(chǎn)品用途

氮化鎵用作制造半導(dǎo)體材料科學(xué)。在發(fā)光二極管中。此化合物結(jié)構(gòu)類似纖鋅礦，硬度很高。氮化鎵的能隙很寬，為3.4電子伏特，可以用在高功率、高速的光電元件中，例如氮化鎵可以用在紫光的激光二極管，可以在不使用非線性半導(dǎo)體泵浦固體激光器（Diode-pumped solid-state laser）的條件下，產(chǎn)生紫光（405nm）激光。

第三代半導(dǎo)體即寬禁帶半導(dǎo)體，以碳化硅和氮化鎵為代表，具備高頻、高效、高功率、耐高壓、耐高溫、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)越性能，切合節(jié)能減排、智能制造、信息安全等國家重大戰(zhàn)略需求，是支撐新一代移動(dòng)通信、新能源汽車、高速軌道列車、能源互聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級的重點(diǎn)核心材料和電子元器件，已成為全球半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)競爭焦點(diǎn)。

從能帶角度看三個(gè)半導(dǎo)體材料時(shí)代

第三代半導(dǎo)體材料在大功率、高溫、高頻、抗輻射的微電子領(lǐng)域，以及短波長光電子領(lǐng)域，有明顯優(yōu)于硅（Si）、鍺（Ge）、砷化鎵（GaAs）等第一代和第二代半導(dǎo)體材料的性能。第三代半導(dǎo)體材料正在成為搶占下一代信息技術(shù)、節(jié)能減排技術(shù)及國防安全技術(shù)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。從能帶角度看，同樣可以劃分為三個(gè)半導(dǎo)體材料時(shí)代。

第一代半導(dǎo)體材料以硅和鍺等元素半導(dǎo)體材料為代表。其典型應(yīng)用是集成電路，主要應(yīng)用于低壓、低頻、低功率晶體管和探測器中，在未來一段時(shí)間，硅半導(dǎo)體材料的主導(dǎo)地位仍將存在。但是硅材料的物理性質(zhì)限制了其在光電子和高頻電子器件上的應(yīng)用，如其間接帶隙的特點(diǎn)決定了它不能獲得高的電光轉(zhuǎn)換效率。且其帶隙寬度較窄（1.12 eV）飽和電子遷移率較低（1450 cm2/V·s），不利于研制高頻和高功率電子器件。

第二代半導(dǎo)體材料以砷化鎵和磷化銦（InP）為代表。砷化鎵材料的電子遷移率是硅的6倍，具有直接帶隙，故其器件相對硅器件具有高頻、高速的光電性能，公認(rèn)為是很合適的通信用半導(dǎo)體材料。同時(shí)，其在軍事電子系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛且不可替代。然而，其禁帶寬度范圍僅涵蓋了1.35 eV（InP）～2.45 eV（AlP），只能覆蓋波長506～918 nm的紅光和更長波長的光，而無法滿足中短波長光電器件的需要。由于第二代半導(dǎo)體材料的禁帶寬度不夠大，擊穿電場較低，極大的限制了其在高溫、高頻和高功率器件領(lǐng)域的應(yīng)用。另外由于GaAs材料的毒性可能引起環(huán)境污染問題，對人類健康存在潛在的威脅。

第三代半導(dǎo)體材料是指Ⅲ族氮化物（如氮化鎵（GaN）、氮化鋁（AlN）等）、碳化硅、氧化物半導(dǎo)體（如氧化鋅（ZnO）、氧化鎵（Ga2O3）、鈣鈦礦（CaTiO3）等）和金剛石等寬禁帶半導(dǎo)體材料。與前兩代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料禁帶寬度大，具有擊穿電場高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)越性質(zhì)，因此采用第三代半導(dǎo)體材料制備的半導(dǎo)體器件不僅能在更高的溫度下穩(wěn)定運(yùn)行，而且在高電壓、高頻率狀態(tài)下更為可靠，此外還能以較少的電能消耗，獲得更高的運(yùn)行能力。

氮化鎵（GaN）材料發(fā)展?jié)摿?/span>

氮化鎵是一種寬能隙材料，它能夠提供與碳化硅（SiC）相似的性能優(yōu)勢，但降低成本的可能性卻更大。業(yè)界認(rèn)為，在未來數(shù)年間，氮化鎵功率器件的成本可望壓低到和硅MOSFET、IGBT及整流器同等價(jià)格。

氮化鎵電力電子器件具有更高的工作電壓、更高的開關(guān)頻率、更低的導(dǎo)通電阻等優(yōu)勢，并可與成本極低、技術(shù)成熟度極高的硅基半導(dǎo)體集成電路工藝相兼容，在新一代高效率、小尺寸的電力轉(zhuǎn)換與管理系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)車、工業(yè)電機(jī)等領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>

由于對高速、高溫和大功率半導(dǎo)體器件需求的不斷增長，使得半導(dǎo)體業(yè)重新考慮半導(dǎo)體所用設(shè)計(jì)和材料。隨著多種更快、更小計(jì)算器件的不斷涌現(xiàn)，硅材料已難以維持摩爾定律。由于氮化鎵材料所具有的獨(dú)特優(yōu)勢，如噪聲系數(shù)優(yōu)良、最大電流高、擊穿電壓高、振蕩頻率高等，為多種應(yīng)用提供了獨(dú)特的選擇，如軍事、宇航和國防、汽車領(lǐng)域，以及工業(yè)、太陽能、發(fā)電和風(fēng)力等高功率領(lǐng)域。

由于氮化鎵光電半導(dǎo)體在軍事、宇航、國防和消費(fèi)電子的使用，使得光電半導(dǎo)體成為全球氮化鎵半導(dǎo)體器件市場的主要產(chǎn)品類型，并占據(jù)絕對優(yōu)勢地位。其中功率半導(dǎo)體器件將隨著工業(yè)應(yīng)用對大功率器件需求的增長成為未來增長速度最快的器件。

對于GaN的功率器件發(fā)展而言，市場需求牽引力至關(guān)重要。從（2020年將支配市場的）電源和PFC（功率因數(shù)校正）領(lǐng)域，到UPS（不間斷電源）和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，很多應(yīng)用領(lǐng)域都將從GaN-on-Si功率器件的特性中受益。

市場調(diào)查公司Yole Developpement)認(rèn)為，除了這些應(yīng)用，2020年以后純電動(dòng)汽車（EV）和混合動(dòng)力汽車（HEV）也將開始采用這些新材料和新器件。市場規(guī)模方面，2020年GaN器件市場整體規(guī)模有可能達(dá)到約6億美元。屆時(shí)，一塊6英寸晶圓可加工出大約58萬個(gè)GaN。按照EV和HEV從2018年或2019年開始采用GaN的設(shè)想來看，GaN器件的數(shù)量將從2016年開始顯著增加，一直到2020年都將以80％的年均增長率（CAGR）增長。

再隨著5G技術(shù)的逐漸成熟，帶給射頻前端(RF Front End)晶片市場商機(jī)，未來射頻功率放大器(RF PA)需求將持續(xù)成長，其中傳統(tǒng)金屬氧化半導(dǎo)體(Laterally Diffused metal Oxide Semiconductor，LDMOS；LDMOS具備低成本和大功率性能優(yōu)勢)制程逐步被氮化鎵(Gallium Nitride，GaN)取代，尤其在5G技術(shù)下需要支援更多元件、更高頻率，另砷化鎵(GaAs)則相對穩(wěn)定成長。透過導(dǎo)入新的射頻技術(shù)，RF PA將以新的制程技術(shù)實(shí)現(xiàn)，其中GaN的RF PA將成為輸出功率3W以上的主流制程技術(shù)，LDMOS市占率則逐漸降低。

因?yàn)?G技術(shù)涵蓋毫米波頻率和大規(guī)模MIMO(Multi-Input Multi-Output)天線運(yùn)用，以實(shí)現(xiàn)5G無線整合及架構(gòu)上的突破，未來如何大規(guī)模采用Massive-MIMO及毫米波(mmWave)回程系統(tǒng)將是發(fā)展關(guān)鍵。由于5G頻率高，因此對于高功率、高性能、高密度的射頻元件需求增加，其中氮化鎵(GaN)符合其條件，即GaN市場更具有潛在商機(jī)。

生產(chǎn)方法

GaN是最有前途的寬能隙半導(dǎo)體材料之一.它具有優(yōu)異的光電子特性及穩(wěn)定的物理性能,因此引起了各國科研工作者的廣泛興趣,各國爭相研制GaN基藍(lán)紫光和紫外波段的光電器件,并取得了令人矚目的結(jié)果.關(guān)于GaN的研究每年有大量的文獻(xiàn)報(bào)道,GaN基發(fā)光二極管已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化.通過文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn),在GaN的研究中存在一些重要的基礎(chǔ)工作有待完成.如,GaN陶瓷體的制備,結(jié)構(gòu)相變研究,材料的室溫合成方法等.當(dāng)前 GaN器件的研究的關(guān)鍵問題之一是獲得高質(zhì)量的GaN薄膜,而影響膜質(zhì)量的關(guān)鍵因素是選擇合適的與GaN晶格匹配和熱膨脹匹配的襯底材料.GaN晶體是公認(rèn)的最佳材料,但是GaN晶體制備困難,迄今為止,尚未得到足夠尺寸的大單晶材料.GaN陶瓷體的制備有可能替代單晶體作為理想的襯底材料.由于GaN熱穩(wěn)定性差,燒結(jié)時(shí)易揮發(fā),到目前為止,尚無合成GaN陶瓷體的報(bào)道.閃鋅礦結(jié)構(gòu)立方GaN具有比纖鋅礦結(jié)構(gòu)的GaN更容易進(jìn)行P型摻雜,發(fā)光效率高的特點(diǎn),因而成為該材料研究的熱點(diǎn)問題之一.雖然己有一些立方相GaN粉末合成和膜制備的報(bào)道,但是六方纖鋅礦GaN向立方閃鋅礦的相變研究尚屬空白.研究六方相到立方相的相變規(guī)律,有助于相變的認(rèn)識及立方GaN的合成.降低GaN的合成溫度對該材料的制備有重要的意義。

產(chǎn)品信息
[重量]	1g
[顏色]	灰色
危險(xiǎn)性類別
[危險(xiǎn)性類別]	非危險(xiǎn)化學(xué)品