Μεταλλικός τερματιστής - γάλλιο
Τι είδους στοιχείο είναι το γάλλιο;
Το γάλλιο ανήκει στην ομάδα IIIA της τέταρτης περιόδου του περιοδικού πίνακα στοιχείων. Το σημείο τήξης του καθαρού γαλλίου είναι πολύ χαμηλό, μόνο 29,78 βαθμούς, αλλά το σημείο βρασμού του είναι τόσο υψηλό όσο 2204,8 βαθμούς. Το καλοκαίρι, το μεγαλύτερο μέρος του υπάρχει σε υγρή μορφή και μπορεί να λιώσει στην παλάμη του χεριού σας. Από τις παραπάνω ιδιότητες, μπορούμε να καταλάβουμε ότι ο λόγος για τον οποίο το γάλλιο διαβρώνει άλλα μέταλλα οφείλεται ακριβώς στο χαμηλό σημείο τήξης του. Όταν το υγρό γάλλιο σχηματίζει ένα κράμα με άλλα μέταλλα, μπορούμε να δούμε το μαγικό φαινόμενο που αναφέρθηκε παραπάνω. Η περιεκτικότητά του στον φλοιό της γης αντιστοιχεί μόνο στο 0,001%. Μόλις πριν από 140 χρόνια οι άνθρωποι ανακάλυψαν την ύπαρξή του. Το 1871, όταν συνόψιζε τον περιοδικό πίνακα των στοιχείων, ο Ρώσος χημικός Mendeleev προέβλεψε ότι μετά τον ψευδάργυρο, το αλουμίνιο θα υπάρχει επίσης ένα στοιχείο από κάτω που έχει παρόμοιες ιδιότητες με το στοιχείο αλουμινίου, το οποίο ονομάζεται "στοιχείο που μοιάζει με αλουμίνιο". Το 1875, ενώ μελετούσε τα μοτίβα φασματικών γραμμών μεταλλικών στοιχείων της ίδιας οικογένειας, ο Γάλλος επιστήμονας Bois-Baudran ανακάλυψε μια περίεργη φωτεινή ζώνη στον φαληρίτη (ZnS), βρίσκοντας έτσι αυτό το "στοιχείο που μοιάζει με αλουμίνιο" και στη συνέχεια χρησιμοποίησε το δικό του όνομα. η πατρίδα του, η Γαλλία (Γαλατία, Λατινική Gallia), το σύμβολο είναι Ga για να αντιπροσωπεύει το στοιχείο. Επομένως, στην ιστορία της ανακάλυψης χημικών στοιχείων, το γάλλιο έγινε το πρώτο στοιχείο που προβλέφθηκε και στη συνέχεια επιβεβαιώθηκε σε πειράματα.
«Πλοηγός» στην εποχή της ηλεκτρονικής πληροφορίας
Το ίδιο το γάλλιο δεν είναι ημιαγωγός, αλλά μια σειρά από ενώσεις με βάση το γάλλιο που σχηματίζονται με αρσενικό, άζωτο, σελήνιο, τελλούριο, φώσφορο, αντιμόνιο και άλλα μέταλλα και αμέταλλα είναι όλα υψηλής ποιότητας ημιαγωγικά υλικά και είναι σημαντικά υλικά για την ανάπτυξη μικροηλεκτρονικές συσκευές και οπτοηλεκτρονικές συσκευές. Μπορεί ακόμη να ειπωθεί ότι το γάλλιο οδηγεί την κατεύθυνση ανάπτυξης των υλικών ημιαγωγών και είναι ο πλοηγός της εποχής της ηλεκτρονικής πληροφορίας.
Το αρσενίδιο του γαλλίου (GaAs) είναι αντιπρόσωπος της δεύτερης γενιάς υλικών ημιαγωγών. Είναι γνωστό ως «αριστοκράτης ημιαγωγών» λόγω της υψηλής τιμής του. Έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής συχνότητας, της υψηλής ταχύτητας, της αντοχής σε υψηλή θερμοκρασία, της καλής απόδοσης σε χαμηλή θερμοκρασία, του χαμηλού θορύβου και της ισχυρής αντίστασης στην ακτινοβολία. , επομένως κατέχει σημαντική θέση στον τομέα των μικροηλεκτρονικών συσκευών. Το αρσενίδιο του γαλλίου έχει την ικανότητα να διπλασιάζεται ως ημιμονωτικό υλικό και ως υλικό ημιαγωγού. Τα ημιμονωτικά υλικά αρσενιούχου γαλλίου χρησιμοποιούνται κυρίως σε ραντάρ, δορυφορικές τηλεοπτικές εκπομπές, επικοινωνίες μικροκυμάτων και χιλιοστών κυμάτων, ασύρματες επικοινωνίες και επικοινωνίες οπτικών ινών. Ημιαγώγιμα υλικά αρσενιούχου γαλλίου χρησιμοποιούνται κυρίως σε ενεργές συσκευές οπτικής επικοινωνίας (LD), διόδους εκπομπής φωτός ημιαγωγών (LED), λέιζερ ορατού φωτός, λέιζερ εγγύς υπέρυθρου, λέιζερ υψηλής ισχύος κβαντικών πηγαδιών και ηλιακά κύτταρα υψηλής απόδοσης και άλλα οπτοηλεκτρονικά πεδία . Επιπλέον, το αρσενίδιο του γαλλίου παίζει σημαντικό ρόλο στο στρατιωτικό πεδίο και χρησιμοποιείται κυρίως σε ραντάρ, ηλεκτρονικό πόλεμο, δορυφορικές επικοινωνίες κ.λπ., εκ των οποίων το ποσοστό των εφαρμογών ραντάρ είναι περίπου 60%.
Το νιτρίδιο του γαλλίου (GaN) είναι ένα σημαντικό ημιαγωγικό υλικό τρίτης γενιάς με μοναδικές ηλεκτρομαγνητικές και οπτικές ιδιότητες όπως υψηλή σταθερότητα, υψηλή σκληρότητα, μεγάλο ενεργειακό διάκενο και υψηλό σημείο τήξης. Αυτή τη στιγμή είναι ένα από τα πιο προηγμένα υλικά ημιαγωγών στον κόσμο. . Ο γρήγορος φορτιστής κινητών τηλεφώνων που αναφέρθηκε στην αρχή αυτού του άρθρου είναι η εφαρμογή του νιτριδίου του γαλλίου στον τομέα της γρήγορης φόρτισης. Με τα πλεονεκτήματα της υψηλότερης ισχύος, μικρότερου μεγέθους και καλύτερης απαγωγής θερμότητας, οι φορτιστές νιτριδίου γαλλίου μπορούν εύκολα να επιτύχουν υψηλή ισχύ σε μικρό μέγεθος και έχουν γίνει σταδιακά το νέο αγαπημένο στη βιομηχανία φορτιστών. Επί του παρόντος, τα στρατιωτικά και αεροδιαστημικά πεδία αντιπροσωπεύουν το 40% της συνολικής αγοράς συσκευών GaN και η μεγαλύτερη αγορά εφαρμογών εξακολουθεί να είναι τα συστήματα ραντάρ και ηλεκτρονικού πολέμου. Η υψηλής φωτεινότητας μπλε δίοδος εκπομπής φωτός που αναπτύχθηκε με βάση το GaN από τους Isamu Akasaki και Hiroshi Amano του Πανεπιστημίου Nagoya στην Ιαπωνία και Shuji Nakamura από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Santa Barbara στις Ηνωμένες Πολιτείες είναι μια σημαντική ανακάλυψη στον τομέα της νέας ενέργειας. εξοικονόμηση πηγών φωτός και έθεσε τα θεμέλια για την έρευνα των LED λευκού φωτός. Τα αποτελέσματα κέρδισαν επίσης το Νόμπελ Φυσικής 2014.
Το οξείδιο του γαλλίου (Ga2O3) είναι τυπικός εκπρόσωπος της τέταρτης γενιάς ημιαγωγών και ονομάζεται ακόμη και το «νέο αστέρι στον ουρανό των ημιαγωγών». Ως αναδυόμενο υλικό ημιαγωγών ισχύος, με το ευρύτερο διάκενο ζώνης και τις εξαιρετικές ιδιότητες φωταύγειας από τα ημιαγωγικά υλικά τρίτης γενιάς καρβίδιο του πυριτίου (SiC) και νιτρίδιο του γαλλίου (GaN), έχει πλεονεκτήματα εφαρμογής στον τομέα των υψηλής ισχύος και οπτοηλεκτρονικών συσκευών. όλο και πιο προφανής. Τα τελευταία χρόνια, η σημαντική πρόοδος στην τεχνολογία ανάπτυξης κρυστάλλων οξειδίου του γαλλίου προώθησε σε μεγάλο βαθμό την έρευνα σχετικά με επιτάξεις λεπτής μεμβράνης, υπεριώδους LED υψηλής φωτεινότητας και άλλες συσκευές, και έχει γίνει διεθνές ερευνητικό hotspot στον τομέα των ημιαγωγών εξαιρετικά ευρείας ζώνης.