Arséniure de gallium

L'arséniure de gallium est un composé chimique d'arsenic et de gallium.



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Arséniure de gallium
Arséniure de gallium
Général
Nom IUPAC Arséniure de gallium
No CAS 1303-00-0
No EINECS 215-114-8
SMILES
InChI
Apparence solide gris sombre
Propriétés chimiques
Formule brute AsGa  [Isomères]GaAs
Masse molaire 144, 645 ± 0, 001 g·mol⁻¹
As 51, 8 %, Ga 48, 2 %,
Propriétés physiques
T° fusion 1 239, 9 °C
Masse volumique 5 318 kg·m-3
Propriétés électroniques
Bande interdite 1, 424 eV
Mobilité électronique à 300 K : 9 200 cm²/ (V·s)
Mobilité des trous à 26, 85 °C : 400 cm2·V-1·s-1
Masse effective de l'électron 0, 067 me
Masse effective du trou léger 0, 082 me
Masse effective du trou lourd 0, 45 me
Cristallographie
Structure type blende
Paramètres de maille 0, 56533 nm
Précautions
NFPA 704

Symbole NFPA 704

1
3
2
W
Autres infos toxique, se décompose en Arsenic (très toxique)
Classification du CIRC
Groupe 1 : Cancérogène pour l'homme[1]
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L'arséniure de gallium (GaAs) est un composé chimique d'arsenic et de gallium.

C'est un matériau semi-conducteur utilisé surtout pour réaliser des composants micro-ondes et des composants opto-électroniques, diodes électro-luminescentes infrarouge ou des cellules photovoltaïques. Le GaAs est un semi-conducteur dit «III-V» car le gallium et l'arsenic sont respectivement dans les colonnes III et V dans le tableau de classification périodique des éléments, et présentent par conséquent 3 et 5 électrons de valence.

Structure cristalline

L'arséniure de gallium possède une structure cristalline de type blende. Si on considère que les atomes de gallium suivent une structure de type cubique à faces centrées (CFC), les atomes d'arsenic occupent quant à eux 4 des 8 sites tétraédriques de cette maille (et vice-versa).

Comparaisons GaAs-Silicium

Atouts de l'arséniure de gallium

L'arséniure de gallium a quelques propriétés électriques supérieures à celles du silicium :

Ces propriétés font de l'arséniure de gallium un composé de choix, surtout dans la fabrication de circuits pour téléphones portables, communications par satellite, technologie micro-onde, mais aussi certains systèmes à radar. L'arséniure de gallium est aussi utilisé dans la fabrication de diode Gunn.

Un autre atout de l'arséniure de gallium est son gap direct (contrairement au silicium qui a lui un gap indirect) ce qui lui permet d'émettre de la lumière (le silicium émet particulièrement peu de lumière, même si de récentes avancées technologiques ont permis de l'utiliser pour faire des LEDs ou des lasers).

Les propriétés de l'arséniure de gallium, surtout sa vitesse de commutation, on fait paraître comme un matériau parfait, surtout pour des applications en informatique. Dans les années 1980, énormément pensaient que le marché de la microélectronique serait dominé à terme par l'arséniure de gallium, remplaçant ainsi le silicium. La première tentative d'évolution est due aux vendeurs de superordinateurs Cray Research, Convex, et Alliant. Cray développa une machine à base d'arséniure de gallium, le cray-3, mais les efforts financiers de recherche furent insuffisants, et la compagnie fit faillite en 1995.

Atouts du silicium

Le silicium possède trois principaux avantages vis-à-vis de l'arséniure de gallium.

Dans un premier temps il est spécifiquement abondant (élément le plus abondant sur Terre après l'oxygène). Plus robuste, il sert à faire des pastilles plus grandes (∼300 mm comparé à ∼150 mm pour l'arséniure de gallium).

Le second avantage du silicium est l'existence d'un de ses oxydes, le dioxyde de silicium (SiO2), probablement l'un des meilleurs isolants existant. Cet isolant peut être aisément incorporé aux circuits de silicium, et ces couches isolantes adhèrent bien aux couches de silicium. L'arséniure de gallium ne possède pas ce genre d'oxyde naturel aux propriétés équivalentes.

Le troisième est probablement principal. Le ratio mobilité des trous / mobilité des électrons dans le silicium est de loin supérieur à celui de l'arséniure de gallium. En effet si la mobilité des électrons est beaucoup supérieure dans l'arséniure de gallium que dans le silicium, celle des trous n'est pas du même ordre de grandeur (quoique un peu supérieure à celle du silicium). Cette grande différence de mobilité entre trous et électrons dans l'arséniure de gallium rend complexe la fabrication de transistors à effet de champ-canal P de rapidité identique aux transitors FET canal-N, ce qui gêne la mise en œuvre de la technologie CMOS, tandis que le silicium, avec une différence bien moins grande n'a pas ce problème. C'est pourquoi l'arséniure de gallium n'a jamais pu être vraiment compétitif vis-à-vis du silicium.

Notes et références de l'article

  1. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, «Evaluations Globales de la Cancérogénicité pour l'Homme, Groupe 1 : Cancérogènes pour l'homme» sur http ://monographs. iarc. fr, 16 janvier 2009, CIRC. Consulté le 22 août 2009

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