اقرأ في هذا المقال
- زرنيخيد الغاليوم
- تطبيقات على زرنيخيد الغاليوم
- الخصائص الكيميائية والكهربية لمركب زرنيخيد الغاليوم
- الخصائص الحرارية والميكانيكية والضوئية
في الكيمياء يعرف مركب زرنيخيد الغاليوم بأنه أحد المركبات الكيميائية غير العضوية ويمتلك الصيغة الكيميائية التالية (GaAs)، ويظهر زرنيخيد الغاليوم على شكل كرستالات رمادية داكنة مع لمعان أزرق مخضر معدني أو مسحوق رمادي، ويمتلك مركب زرنيخيد الغاليوم (GaAs) كتلة مولية مقدارها 144.64 جم لكل مول، كما ويجتوي هذا المركب على درجة انصهار تبلغ 1238 درجة مئوية، ويمتلك كثافة مقدارها 5.32 جم لكل سم مكعب.
زرنيخيد الغاليوم
- إن مركب زرنيخيد الغاليوم عبارة عن مركب يتكون من عنصر الغاليوم وعنصر الزرنيخ، وعادة فإنه يشار إليه على أنه مركب (III-V)، وذلك لأن عنصري الغاليوم والزرنيخ يقعان في المجموعة III والمجموعة V من الجدول الدوري، على التوالي.
- يعرف عن مركب زرنيخيد الغاليوم إنه عبارة عن أحد أشباه الموصلات الحيوية والذي يستعمل بشكل كبير من أجل تصنيع أجهزة مثل الثنائيات الباعثة للأشعة تحت الحمراء، كما ويتمتع هذا المركب بخصائص إلكترونية متميزة عند مقارنتها بالسليكون، حيث أنها تمتلك سرعة إلكترون مشبعة أكبر وحركة أعلى للإلكترون مما يتيح لها بالعمل عند ترددات الميكروويف، ويستعمل في ثنائيات الليزر والخلايا الكهروضوئية.
- يحتوي عنصر الغاليوم على ثلاثة إلكترونات في الغلاف الخارجي، بينما ينقص الزرنيخ ثلاثة إلكترونات، لذا فإنه يمكن أن يتم تشكيل زرنيخيد الغاليوم كعازل من خلال نقل ثلاثة إلكترونات من عنصر الغاليوم إلى الزرنيخ، ومع ذلك فإنه لا يحدث هذا.
- بدلاً من ذلك فإنه يكون الترابط أكثر تساهمية، ومركب زرنيخيد الغاليوم هو من أشباه الموصلات التساهمية، إذ تساهم الأفلاك الخارجية لذرات الغاليوم بثلاثة إلكترونات منها وتساهم تلك الموجودة في ذرات الزرنيخ بخمسة إلكترونات، مما يوفر الإلكترونات الثمانية اللازمة لأربعة روابط تساهمية، علما أنه لا تقع مراكز الروابط في منتصف المسافة بين الأيونات ولكنها تتجه قليلاً نحو الزرنيخ.
- إن زرنيخيد الغاليوم هو عبارة عن مركب أشباه موصلات يستخدم في بعض الصمامات الثنائية وترانزستور التأثير الميداني (FETs) والدوائر المتكاملة (ICs)، وفي حاملات الشحنة التي تتكون في الغالب من الإلكترونات تتحرك بسرعة عالية بين الذرات، وهذا يجعل مكونات زرنيخيد الغاليوم مفيدة في الترددات الراديوية الفائقة، وفي تطبيقات التحويل الإلكتروني السريعة، كما وتولد أجهزة زرنيخيد الغاليوم ضوضاء أقل من معظم الأنواع الأخرى من مكونات أشباه الموصلات، وهذا مهم في تضخيم الإشارة الضعيفة.
- إن فكرة استخدام زرنيخيد الغاليوم ليس تقنية جديدة، وفي الواقع فإنه تمول (DARPA) الأبحاث في التكنولوجيا منذ السبعينيات، في حين أن التكنولوجيا القائمة على السيليكون كانت “المادة الأساسية لثورة الإلكترونيات الدقيقة، تعمل دوائر زرنيخيد الغاليوم على ترددات أعلى وقدرات تضخيم الإشارة التي جعلت عالمًا عمليًا متصلًا بهواتف خلوية بحجم راحة اليد.”
- في رقاقة زرنيخيد الغاليوم (GaAs) تحد كل ذرة من ذرات الزرنيخ 5 إلكترونات تكافؤ و 3 إلكترونات تكافؤ من ذرات الغاليوم تشترك في بعضها البعض، لذلك تحصل كل ذرة من الغاليوم والزرنيخ على 8 إلكترونات تكافؤ في الغلاف الخارجي، كما وتجدر الإشارة أيضًا إلى وجود رابطة تساهمية بين ذرة الغاليوم والزرنيخ في رقاقة زرنيخيد الغاليوم، ومن الممكن كسر الروابط التساهمية على الرغم من قوتها بكمية كافية من الطاقة الخارجية، ولقد أدى زرنيخيد الغاليوم إلى تصغير مستقبلات (GPS) في الثمانينيات، وهذا جعل الذخائر الدقيقة الموجهة بالليزر التي دخلت الترسانات الأمريكية خلال تلك الفترة الزمنية ممكنة.
تطبيقات على زرنيخيد الغاليوم
تطبيقات زرنيخيد الغاليوم مذكورة أدناه:
- من الممكن أن يتم استعمال مركب (GaAs) من أجل عمليات تصنيع الأجهزة المختلفة مثل صناعة الدوائر المتكاملة للميكروويف المتجانسة وغيرها العديد، علما أن أجهزة زرنيخيد الغاليوم ليست حساسة للحرارة؛ وذلك بسبب فجوة النطاق العريضة، وأيضًا فإنه عادةً ما يكون لهذه الأجهزة ضوضاء أقل من أجهزة السليكون خاصةً عند ترددات التشغيل العالية.
- ولقد تم العثور على الاستخدام الرئيسي لمركب زرنيخيد الغاليوم (GaAs) في: أجهزة الكمبيوتر وفيالخلايا الضوئية، بالإضافة إلى الاتصالات الإلكترونية الضوئية، كما ويتم استخدامه في ثنائيات الليزر وفي انبعاث الأشعة تحت الحمراء، كما أنه يدخل مركب زرنيخيد الغاليوم في عمليات تصنيع الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) والتي توجد في أنظمة الاتصالات والتحكم الضوئية.
- من الممكن أن يحل مركب زرنيخيد الغاليوم محل عنصر السيليكون في عملية تصنيع الدوائر المتكاملة الخطية والدوائر المتكاملة الرقمية، وتشتمل الأجهزة الخطية (وتسمى أيضًا التناظرية) على مذبذب ومضخم، كما وتستخدم الأجهزة الرقمية للتبديل الإلكتروني وكذلك في أنظمة الكمبيوتر.
- تحتوي مادة زرنيخيد الغاليوم (GaAs) على فجوة نطاق مباشرة وذلك على عكس العديد من أشباه الموصلات الأخرى مما يعني أنه يمكن أن ينبعث الضوء بكفاءة عالية، ونظرًا لكونها مادة ذات فجوة نطاق مباشرة فهي مقاومة للتلف الإشعاعي مما يتيح أن يتم استخدامها في النوافذ الضوئية والإلكترونيات الفضائية في التطبيقات عالية الطاقة.
- يستخدم مركب زرنيخيد الغاليوم على شكل ركيزة كهربائية ويعمل على توفير عزلًا طبيعيًا بين الدوائر والأجهزة أيضا، مما يجعله مناسب للموجات المليمترية والميكروويف، كما وتعمل الخلايا الشمسية القائمة على زرنيخيد الغاليوم على تزويد المركبة المتجولة (Opportunity و Spirit) التي تستكشف سطح المريخ، ويستفيد عدد من السيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية من زرنيخيد الغاليوم في المصفوفات الشمسية، كما وتستخدم ثنائيات زرنيخيد الغاليوم من أجل عملية الكشف عن الأشعة السينية.
الخصائص الكيميائية والكهربية لمركب زرنيخيد الغاليوم
الخصائص الكيميائية
يتم توفير الخصائص الكيميائية لمركب زرنيخيد الغاليوم في الجدول أدناه:
| Chemical Properties | |
|---|---|
| الصيغة الكيميائية | GaAs |
| الوزن الجزيئي أو الكتلة المولية | 144.645 غرام لكل مول |
| رقم التسجيل (CAS No) | 1303-00-0 |
| الاسم بـ (IUPAC) | Gallium Arsenide |
| المجموعة التي تنتمي إليها العناصر | III-V |
| فجوة الفرقة | 1.424 إلكترون فولت |
| نوع فجوة الفرقة | مباشر |
| البنية الهيكلية | Zinc Blende |
| مجموعة التماثل | Td2-F43m |
| ثابت الشعرية | 5.4505 Å |
الخصائص الكهربائية
يتم توفير الخصائص الكهربائية لزرنيخيد الغاليوم في الجدول أدناه:
| الخصائص الكهربائية | |
|---|---|
| تركيز الناقل الجوهري | 1.79 x 106 cm-3 |
| حركية الإلكترون | ≤ 8500 cm2 V-1 s-1 |
| Hole Mobility | ≤ 400 cm2 V-1 s-1 |
| معامل انتشار الإلكترون | ≤ 200 cm2 s-1 |
| معامل انتشار الثقب | ≤ 10 cm2 s-1 |
الخصائص الحرارية والميكانيكية والضوئية
ترد الخصائص الحرارية والميكانيكية والبصرية لمركب زرنيخيد الغاليوم في الجداول أدناه:
| الخصائص الميكانيكية | |
|---|---|
| درجة الانصهار | 1238 درجة مئوية |
| الكثافة | 5.3176 غرام لكل سم مكعب |
| معامل يونج | 82.68 GPa |
| معامل الحجم | 75.5 GPa |
| الخصائص الحرارية | |
|---|---|
| التوصيل حراري | 0.55 W cm-1 °C-1 |
| الانتشار الحراري | 0.31 cm2 s-1 |
| معامل التمدد الحراري | 5.73×10-6 لكل درجة مئوية |
| الخصائص الضوئية | |
|---|---|
| معامل الانكسار (عند 589 نانو متر ودرجة حرارة 293 كلفن) | 3,3 |
| معامل إعادة التركيب الإشعاعي (عند درجة حرارة 300 كلفن) | 7×10-10 سم مكعب لكل ثانية |
