氮化镓

中文名称: 氮化镓

英文名称：azanylidynegallane

化学别名：金,海绵状

分子式: GaH2N

 

分子量: 83.73

CAS号： 25617-97-4

质检信息

检验项目        指标   

含量,             ≥99.99%（高纯试剂）

杂质阳离子总量,％ ≤0.001

PSA：            23.79000

LOGP：         -0.14072

化学特性

氮化镓是一种无机物，是氮和镓的化合物，是一种直接能隙的半导体，灰色/黄色结晶固体，熔点800ºC对湿敏感，具致敏性。第三代半导体材料以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化锌（ZnO）、金刚石为代表，是5G时代的主要材料，其中氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）的市场和发展空间最大。氮化镓作为第三代半导体材料，有更高的禁带宽度，是迄今理论上电光、光电转换效率最高的材料体系，下游应用包括微波射频器件(通信基站等)，电力电子器件(电源等)，光电器件(LED照明等)。不过，第三代半导体材料中，受技术与工艺水平限制，氮化镓材料作为衬底实现规模化应用仍面临挑战，其应用主要是以蓝宝石、硅晶片或碳化硅晶片为衬底，通过外延生长氮化镓以制造氮化镓器件。实际上，氮化镓（GaN）技术并不是一种新的半导体技术，自1990年起就已经常被用在发光二极管中，但成本昂贵。从制造工艺上来说，氮化镓没有液态，不能使用单晶硅生产工艺的传统直拉法拉出单晶，需要纯靠气体反应合成，而氮气性质非常稳定，镓又是非常稀有的金属（镓是伴生矿，没有形成集中的镓矿，主要从铝土矿中提炼，成本比较高），而且两者反应时间长，速度慢，反应产生的副产物多。生产氮化镓对设备要求又苛刻，技术复杂，产能极低，众多因素叠加影响导致氮化镓单晶材料很贵。与碱反应放出氢气，能被冷浓盐酸浸蚀，对热硝酸钝性；高温时能与多数金属反应。溶于酸和碱中，微溶于汞，不溶于水。

GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，并与SIC、金刚石等半导体材料一起，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好（几乎不被任何酸腐蚀）等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。

氮化镓（GAN）是第三代半导体材料的典型代表，在T=300K时为，是半导体照明中发光二极管的核心组成部分。氮化镓是一种人造材料，自然形成氮化镓的条件极为苛刻，需要2000多度的高温和近万个大气压的条件才能用金属镓和氮气合成为氮化镓，在自然界是不可能实现的。

高性能：主要包括高输出功率、高功率密度、高工作带宽、高效率、体积小、重量轻等。目前第一代和第二代半导体材料在输出功率方面已经达到了极限，而GaN半导体由于在热稳定性能方面的优势，很容易就实现高工作脉宽和高工作比，将天线单元级的发射功率提高10倍。

高可靠性：功率器件的寿命与其温度密切相关，温结越高，寿命越低。GaN材料具有高温结和高热传导率等特性，极大地提高了器件在不同温度下的适应性和可靠性。GaN器件可以用在650°C以上的军用装备中。

低成本：GaN半导体的应用，能够有效改善发射天线的设计，减少发射组件的数目和放大器的级数等，有效降低成本。目前GaN已经开始取代GaAs作为新型雷达和干扰机的T/R（收/发）模块电子器件材料。美军下一代的AMDR（固态有源相控阵雷达）便采用了GaN半导体。氮化镓禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越性质，使得它成为迄今理论上电光、光电转换效率最高的材料体系，并可以成为制备宽波谱、高功率、高效率的微电子、电力电子、光电子等器件的关键基础材料。

产品用途

氮化镓用作制造半导体材料科学。在发光二极管中。此化合物结构类似纤锌矿，硬度很高。氮化镓的能隙很宽，为3.4电子伏特，可以用在高功率、高速的光电元件中，例如氮化镓可以用在紫光的激光二极管，可以在不使用非线性半导体泵浦固体激光器（Diode-pumped solid-state laser）的条件下，产生紫光（405nm）激光。

第三代半导体即宽禁带半导体，以碳化硅和氮化镓为代表，具备高频、高效、高功率、耐高压、耐高温、抗辐射能力强等优越性能，切合节能减排、智能制造、信息安全等国家重大战略需求，是支撑新一代移动通信、新能源汽车、高速轨道列车、能源互联网等产业自主创新发展和转型升级的重点核心材料和电子元器件，已成为全球半导体技术和产业竞争焦点。

从能带角度看三个半导体材料时代

第三代半导体材料在大功率、高温、高频、抗辐射的微电子领域，以及短波长光电子领域，有明显优于硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）等第一代和第二代半导体材料的性能。第三代半导体材料正在成为抢占下一代信息技术、节能减排技术及国防安全技术的战略制高点，是战略性新兴产业的重要组成部分。从能带角度看，同样可以划分为三个半导体材料时代。

第一代半导体材料以硅和锗等元素半导体材料为代表。其典型应用是集成电路，主要应用于低压、低频、低功率晶体管和探测器中，在未来一段时间，硅半导体材料的主导地位仍将存在。但是硅材料的物理性质限制了其在光电子和高频电子器件上的应用，如其间接带隙的特点决定了它不能获得高的电光转换效率。且其带隙宽度较窄（1.12 eV）饱和电子迁移率较低（1450 cm2/V·s），不利于研制高频和高功率电子器件。

第二代半导体材料以砷化镓和磷化铟（InP）为代表。砷化镓材料的电子迁移率是硅的6倍，具有直接带隙，故其器件相对硅器件具有高频、高速的光电性能，公认为是很合适的通信用半导体材料。同时，其在军事电子系统中的应用日益广泛且不可替代。然而，其禁带宽度范围仅涵盖了1.35 eV（InP）～2.45 eV（AlP），只能覆盖波长506～918 nm的红光和更长波长的光，而无法满足中短波长光电器件的需要。由于第二代半导体材料的禁带宽度不够大，击穿电场较低，极大的限制了其在高温、高频和高功率器件领域的应用。另外由于GaAs材料的毒性可能引起环境污染问题，对人类健康存在潜在的威胁。

第三代半导体材料是指Ⅲ族氮化物（如氮化镓（GaN）、氮化铝（AlN）等）、碳化硅、氧化物半导体（如氧化锌（ZnO）、氧化镓（Ga2O3）、钙钛矿（CaTiO3）等）和金刚石等宽禁带半导体材料。与前两代半导体材料相比，第三代半导体材料禁带宽度大，具有击穿电场高、热导率高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等优越性质，因此采用第三代半导体材料制备的半导体器件不仅能在更高的温度下稳定运行，而且在高电压、高频率状态下更为可靠，此外还能以较少的电能消耗，获得更高的运行能力。

氮化镓（GaN）材料发展潜力

氮化镓是一种宽能隙材料，它能够提供与碳化硅（SiC）相似的性能优势，但降低成本的可能性却更大。业界认为，在未来数年间，氮化镓功率器件的成本可望压低到和硅MOSFET、IGBT及整流器同等价格。

氮化镓电力电子器件具有更高的工作电压、更高的开关频率、更低的导通电阻等优势，并可与成本极低、技术成熟度极高的硅基半导体集成电路工艺相兼容，在新一代高效率、小尺寸的电力转换与管理系统、电动机车、工业电机等领域具有巨大的发展潜力。

由于对高速、高温和大功率半导体器件需求的不断增长，使得半导体业重新考虑半导体所用设计和材料。随着多种更快、更小计算器件的不断涌现，硅材料已难以维持摩尔定律。由于氮化镓材料所具有的独特优势，如噪声系数优良、最大电流高、击穿电压高、振荡频率高等，为多种应用提供了独特的选择，如军事、宇航和国防、汽车领域，以及工业、太阳能、发电和风力等高功率领域。

由于氮化镓光电半导体在军事、宇航、国防和消费电子的使用，使得光电半导体成为全球氮化镓半导体器件市场的主要产品类型，并占据绝对优势地位。其中功率半导体器件将随着工业应用对大功率器件需求的增长成为未来增长速度最快的器件。

对于GaN的功率器件发展而言，市场需求牵引力至关重要。从（2020年将支配市场的）电源和PFC（功率因数校正）领域，到UPS（不间断电源）和马达驱动，很多应用领域都将从GaN-on-Si功率器件的特性中受益。

市场调查公司Yole Developpement)认为，除了这些应用，2020年以后纯电动汽车（EV）和混合动力汽车（HEV）也将开始采用这些新材料和新器件。市场规模方面，2020年GaN器件市场整体规模有可能达到约6亿美元。届时，一块6英寸晶圆可加工出大约58万个GaN。按照EV和HEV从2018年或2019年开始采用GaN的设想来看，GaN器件的数量将从2016年开始显着增加，一直到2020年都将以80％的年均增长率（CAGR）增长。

再随着5G技术的逐渐成熟，带给射频前端(RF Front End)晶片市场商机，未来射频功率放大器(RF PA)需求将持续成长，其中传统金属氧化半导体(Laterally Diffused metal Oxide Semiconductor，LDMOS；LDMOS具备低成本和大功率性能优势)制程逐步被氮化镓(Gallium Nitride，GaN)取代，尤其在5G技术下需要支援更多元件、更高频率，另砷化镓(GaAs)则相对稳定成长。透过导入新的射频技术，RF PA将以新的制程技术实现，其中GaN的RF PA将成为输出功率3W以上的主流制程技术，LDMOS市占率则逐渐降低。

因为5G技术涵盖毫米波频率和大规模MIMO(Multi-Input Multi-Output)天线运用，以实现5G无线整合及架构上的突破，未来如何大规模采用Massive-MIMO及毫米波(mmWave)回程系统将是发展关键。由于5G频率高，因此对于高功率、高性能、高密度的射频元件需求增加，其中氮化镓(GaN)符合其条件，即GaN市场更具有潜在商机。

生产方法

GaN是最有前途的宽能隙半导体材料之一.它具有优异的光电子特性及稳定的物理性能,因此引起了各国科研工作者的广泛兴趣,各国争相研制GaN基蓝紫光和紫外波段的光电器件,并取得了令人瞩目的结果.关于GaN的研究每年有大量的文献报道,GaN基发光二极管已经产业化.通过文献调研发现,在GaN的研究中存在一些重要的基础工作有待完成.如,GaN陶瓷体的制备,结构相变研究,材料的室温合成方法等.当前 GaN器件的研究的关键问题之一是获得高质量的GaN薄膜,而影响膜质量的关键因素是选择合适的与GaN晶格匹配和热膨胀匹配的衬底材料.GaN晶体是公认的最佳材料,但是GaN晶体制备困难,迄今为止,尚未得到足够尺寸的大单晶材料.GaN陶瓷体的制备有可能替代单晶体作为理想的衬底材料.由于GaN热稳定性差,烧结时易挥发,到目前为止,尚无合成GaN陶瓷体的报道.闪锌矿结构立方GaN具有比纤锌矿结构的GaN更容易进行P型掺杂,发光效率高的特点,因而成为该材料研究的热点问题之一.虽然己有一些立方相GaN粉末合成和膜制备的报道,但是六方纤锌矿GaN向立方闪锌矿的相变研究尚属空白.研究六方相到立方相的相变规律,有助于相变的认识及立方GaN的合成.降低GaN的合成温度对该材料的制备有重要的意义。

产品信息
[重量]	1g
[颜色]	灰色
危险性类别
[危险性类别]	非危险化学品