Azotek galu (GaN) to nieorganiczny związek chemiczny składający się z atomów galu oraz azotu. Nie występuje on naturalnie, a jego właściwości chemiczne predysponują go do wykorzystania w elektronice. Jakie są zastosowanie azotku galu?
Jakie są właściwości azotku galu?
Azotek galu to materiał półprzewodnikowy, który aktualnie jest rozwijany w celu zastąpienia krzemu (Si) w niektórych elementach elektronicznych, np. w ładowarkach. GaN posiada również właściwości piezoelektryczne, stosowany jest więc w także przetwornikach akustycznych.
Parametry azotku galu są lepsze niż krzemu, a urządzenia wykonane z jego zastosowaniem charakteryzują się wyższą wydajnością przy tym samym rozmiarze.
Najważniejsze właściwości azotku galu
- Szeroka przerwa energetyczna,
- wysoka przewodność cieplna,
- duża mobilność elektronów.
Sprawność tranzystorów wykonanych z azotku galu to około 95%, podczas gdy tranzystory krzemowe mają sprawność około 87%. Jednocześnie urządzenia wykonane z azotku galu charakteryzują się średnio o połowę niższą rezystancją.
Zastosowania azotku galu
Energoelektronika
W elektronice wysokich mocy azotek galu stosowany jest do produkcji tranzystorów mocy. Tranzystory te są następnie stosowane w przetwornicach, falownikach, prostownikach czy innych urządzeniach dużej mocy. Główną zaletą stosowanie azotku galu w energoelektronice jest możliwość pracy w większych mocach z uwagi na lepsze odprowadzanie ciepła i mniejsze straty.
Elektronika wysokich częstotliwości
Azotek galu jest obecnie popularny jako materiał, z którego powstają elementy urządzeń takich jak: radary, systemy telekomunikacyjne czy generatory mikrofalowe. Czipy wykonane z azotku galu mają większą wydajność niż takiej samej wielkości czipy krzemowe.
Dzięki zastosowaniu azotku galu możliwe jest aktualnie zbudowanie lotniczych radarów AESA o wydajności identycznej jak radary w starszej technologii – jednak o 80% lżejszych.
Optoelektronika
GaN jest popularnym budulcem urządzeń optoelektronicznych takich jak: diody LED, ekrany telewizorów czy lasery. Urządzenia optoelektroniczne z azotku galu emitują znacznie mniej ciepła niż standardowe.
Elektronika konsumencka
W zastosowaniach konsumenckich azotek galu jest również niezwykle popularnym materiałem. Jego cechy umożliwiają zmniejszenie rozmiarów, a przy tym wzrost wydajności urządzeń takich jak ładowarki czy laptopy. Jednocześnie cena urządzeń z GaN nie jest znacznie wyższa patrząc na to, że umożliwia on nawet o 40% lepsze chłodzenie.
Pozyskiwanie
Jako, że azotek galu nie występuje naturalnie w przyrodzie konieczne jest jego pozyskiwanie w procesach chemicznych. Aktualnie istnieje wiele procesów jego wytwarzania, m.in.:
- Metoda HVPE – synteza GaN z chlorku galu oraz amoniaku w wysokiej temperaturze. Umożliwia uzyskanie kryształów wysokiej jakości na różnych podłożach.
- Metoda wysokociśnieniowa – wytwarzanie GaN z roztworu azotu w galu w wysokim ciśnieniu.
- Metoda amonotermalna – synteza z zastosowaniem tzw. nadkrytycznego amoniaku. Dzięki tej metodzie uzyskuje się duże kryształy, jednak o ograniczonej jakości.
Zobacz również: Azotan sodu (saletra sodowa) – właściwości, zastosowanie