https://wiki-de.moshellshocker.dns64.de/index.php?action=history&feed=atom&title=GalliumarsenidGalliumarsenid - Versionsgeschichte2026-06-02T03:41:56ZVersionsgeschichte dieser Seite in Wikipedia (Deutsch) – Lokale KopieMediaWiki 1.43.8https://wiki-de.moshellshocker.dns64.de/index.php?title=Galliumarsenid&diff=75784&oldid=previmported>Anagkai: Assoziative Verweise entfernt2026-02-14T10:14:10Z<p>Assoziative Verweise entfernt</p>
<p><b>Neue Seite</b></p><div>{{Infobox Chemikalie<br />
| Strukturformel = [[Datei:Sphalerite polyhedra.png|250px|Struktur von Galliumarsenid]]<br />
| Kristallstruktur = Ja<br />
| Strukturhinweis = {{Farbe|#C0C0C0|Kreis=1}} Ga<sup>3+</sup> {{0}} {{Farbe|#EEEE00|Kreis=1}} As<sup>3−</sup><br />
| Kristallsystem = kubisch<ref name="ioffe">ioffe.ru: [http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/GaAs/basic.html Basic Parameters of Gallium Arsenide (GaAs)]</ref><br />
| Raumgruppe = {{Raumgruppe|F-43m|kurz}}<ref name="ioffe" /><br />
| Gitterkonstanten = a = 565,33 pm<ref name="ioffe" /><br />
| Andere Namen = <br />
| Summenformel = GaAs<br />
| CAS = {{CASRN|1303-00-0}}<br />
| EG-Nummer = 215-114-8<br />
| ECHA-ID = 100.013.741<br />
| PubChem = 14770<br />
| ChemSpider = 14087<br />
| Beschreibung = dunkelgrauer Feststoff<ref name="roempp">{{RömppOnline|ID=RD-07-00103|Name=Galliumarsenid|Abruf=2014-05-30}}</ref><br />
| Molare Masse = 144,64 g·mol<sup>−1</sup><br />
| Aggregat = fest<br />
| Dichte = 5,32 g·cm<sup>−3</sup><ref name="GESTIS" /><br />
| Schmelzpunkt = 1238 [[Grad Celsius|°C]]<ref name="GESTIS" /><br />
| Siedepunkt = <br />
| Dampfdruck = <br />
| Löslichkeit = praktisch unlöslich in Wasser<ref name="GESTIS" /><br />
| CLH = {{CLH-ECHA|ID=100.013.741|Name=Gallium arsenide|Abruf=2017-01-24}}<br />
| Quelle GHS-Kz = <ref name="GESTIS">{{GESTIS|Name=Galliumarsenid|ZVG=109337|CAS=1303-00-0|Abruf=2024-01-02}}</ref><br />
| GHS-Piktogramme = {{GHS-Piktogramme|08}}<br />
| GHS-Signalwort = Gefahr<br />
| H = {{H-Sätze|350|360F|372}}<br />
| EUH = {{EUH-Sätze|-}}<br />
| P = {{P-Sätze|202|260|264|270|280|308+313}}<br />
| Quelle P = <ref name="GESTIS" /><br />
| MAK = nicht festgelegt, da [[Karzinogen|cancerogen]]<ref name="GESTIS" /><br />
| Standardbildungsenthalpie = −71,0 kJ/mol<ref name="CRC90_5_5">{{CRC Handbook|Auflage=90|Titel=Standard Thermodynamic Properties of Chemical Substances|Kapitel=5|Startseite=5}}</ref><br />
}}<br />
<br />
Die binäre Verbindung '''Galliumarsenid''' ('''GaAs''') ist ein [[Halbleiter]]werkstoff, der sowohl halbleitend (mit Elementen aus den Gruppen II, IV oder VI des [[Periodensystem]]s dotiert) als auch semiisolierend (undotiert) sein kann. Die auf diesem Substratmaterial aufbauenden Verbindungen und [[Molekularstrahlepitaxie|Epitaxie]]-Schichten werden zur Herstellung elektronischer Bauelemente benötigt, die bei Hochfrequenzanwendungen und für die Umwandlung elektrischer in optische Signale eingesetzt werden.<br />
<br />
== Kristallstruktur ==<br />
[[Datei:Bandstruktur GaAs.svg|mini|links|Vereinfachte [[Bandstruktur]] von GaAs bei Raumtemperatur (300&nbsp;K)]]<br />
<br />
Galliumarsenid [[kristall]]isiert im [[Kubisches Kristallsystem|kubischen Kristallsystem]] in der {{Raumgruppe|F-43m|lang}} mit dem [[Gitterparameter]] ''a''&nbsp;=&nbsp;5,653&nbsp;[[Ångström (Einheit)|Å]] sowie vier [[Formeleinheit]]en pro [[Elementarzelle]] und ist [[Strukturtyp#Isotypie|isotyp]] zur Struktur der [[Sphalerit|Zinkblende]]<ref>{{Literatur |Autor=I. Uschmann, T. Kämpfer, F. Zamponi, A. Lübcke, U. Zastrau, R. Loetzsch, S. Höfer, A. Morak, E. Förster |Titel=Investigation of fast processes in condensed matter by time-resolved X-ray diffraction |Sammelwerk=Applied Physics A: Materials Science & Processing |Band=96 |Nummer=1 |Datum=2009 |Seiten=91–98 |DOI=10.1007/s00339-009-5187-1}}</ref>. Die [[Kristallstruktur]] besteht aus zwei ineinandergestellten [[Kubisches Gitter|kubisch-flächenzentrierten Gittern]] ([[Dichteste Kugelpackung|kubisch-dichteste Kugelpackungen]]), die von [[Gallium]]- ([[Gruppe des Periodensystems|Gruppe]]&nbsp;III) bzw. [[Arsen]]-Atomen (Gruppe&nbsp;V) aufgebaut werden und die um ein Viertel der Raumdiagonalen der kubischen Elementarzelle gegeneinander verschoben sind. Die Galliumatome besetzen damit die Hälfte der [[Tetraederlücke]]n der Packung aus Arsenatomen und umgekehrt. Galliumarsenid ist ein [[Intrinsische Leitfähigkeit|intrinsischer]] [[Halbleiter#Direkte und indirekte Halbleiter|direkter Halbleiter]] mit einer [[Bandlücke]] von 1,424&nbsp;[[Elektronenvolt|eV]] bei Raumtemperatur (300&nbsp;[[Kelvin|K]]). Die Dichte der Verbindung beträgt 5,315&nbsp;g/cm<sup>3</sup>, ihr Schmelzpunkt liegt bei 1238&nbsp;°C.<br />
<div style="clear:left;"></div><br />
<br />
== Anwendungsgebiete ==<br />
[[Datei:Gallium arsenide crystal.jpg|mini|links|GaAs Abschnitt eines Einkristalls]]<br />
<br />
In der Grundlagenforschung und der Halbleiterindustrie wird GaAs vor allem im Rahmen des Materialsystems [[Aluminiumgalliumarsenid]] zur Herstellung von Halbleiter-[[Heterostruktur]]en verwendet. Bauteile aus Galliumarsenid weisen eine ca. zehnmal so hohe [[Transitfrequenz]] wie ihre vergleichbaren Pendants aus [[Silicium]] auf. Sie weisen geringeres [[Rauschen (Physik)|Rauschen]] auf und damit aufgebaute elektrische Schaltungen haben einen geringeren Energiebedarf als ihre direkten Äquivalente aus Silicium. Galliumarsenid ist ein Basismaterial für [[High Electron Mobility Transistor|High-Electron-Mobility-Transistoren]] und [[Gunndiode]]n, welche in der [[Hochfrequenztechnik]] eingesetzt werden. Daraus lassen sich [[Low Noise Amplifier|rauscharme Hochfrequenzverstärker]] (LNA) aufbauen, welche unter anderem in [[Mobiltelefon]]en, in der [[Satellitenkommunikation]] oder bei [[Active Electronically Scanned Array|phasengesteuerten Radaranlagen]] Anwendung finden.<br />
<br />
Darüber hinaus wird Galliumarsenid benutzt, um mit Hilfe von [[Laser]]n bzw. [[Oberflächenemitter|oberflächenemittierenden Lasern]] Informationen durch Glasfasernetze zu senden sowie Satelliten mit Energie aus [[Solarzelle]]n ([[Photovoltaik]]) zu versorgen. Im Alltag kommt Galliumarsenid in [[Leuchtdiode|Leucht-]]&nbsp;und [[Laserdiode]]n der Farben [[Infrarot]] bis Gelb zur Anwendung.<br />
<br />
Eine weitere Anwendung von Galliumarsenid in der Forschung ist die Verwendung als Photokathode in der [[Inverse Photoemissionsspektroskopie|Inversen Photoemissionsspektroskopie]], wo mit Galliumarsenid insbesondere eine [[Spinpolarisation]] des Elektronenstrahls erzeugt werden kann.<br />
<br />
Auch die [[faseroptische Temperaturmessung]] stellt ein Anwendungsgebiet für Galliumarsenid dar. Hierbei werden die Glasfaserspitzen von faseroptischen Sensoren mit einem Galliumarsenid-Kristall bestückt, der im Hinblick auf seine Eigenschaft, unter Temperatureinwirkung die Lage seiner Bandkante zu verändern, ausgewertet wird.<ref name="cc_galliumsensor">optocon.de: {{Toter Link |date=2026-02-14 |url=http://www.optocon.de/support/dokumentationen-publikationen/?no_cache=1&cid=293&did=418&sechash=a14c7ac6 |text=''Fieberthermometer. Prinzipien und Anwendungen der faseroptischen Temperaturmessung''}} (PDF; 214&nbsp;kB)</ref><br />
<br />
Dennoch hat Galliumarsenid das Silicium als Massen-Halbleiter für eher alltägliche Anwendungen nicht verdrängen können. Die hauptsächlichen Gründe dafür sind die im Vergleich zum extrem häufigen Element Silicium wesentlich höheren Preise der deutlich selteneren Ausgangsstoffe Gallium und Arsen sowie die aufwendigere Technologie zur Herstellung von Einkristallen. Dieser hohe technologische Aufwand begrenzt zugleich die Masse und den Durchmesser der Galliumarsenid-Einkristalle. Außerdem lassen sich in Silicium leichter [[Nichtleiter|isolierende]] Bereiche erzeugen – meist in Form von [[Siliciumdioxid]] –, als es im Galliumarsenid möglich ist. Da im GaAs wegen der im Vergleich zum Silicium deutlich geringeren Mobilität seiner leitenden [[Defektelektron]]en (den sogenannten „Löchern“) auch keine guten p-Kanal-[[Feldeffekttransistor]]en realisiert werden können, ist die [[CMOS]]-Schaltungstechnik in GaAs nicht möglich; dadurch kehrt sich der energetische Vorteil von GaAs für viele Anwendungszwecke ins Gegenteil um.<br />
<br />
== Gesundheitliche Gefahren ==<br />
<br />
Bei der Herstellung von GaAs kommt das giftige Arsen zum Einsatz. Problematisch sind auch die flüchtigen giftigen Zwischenprodukte während der Herstellung von GaAs, wie die beim Ätzen von GaAs entstehende [[Arsensäure]]. Galliumarsenid kann beim Menschen Krebs auslösen.<ref name="GESTIS" /> Sowohl das Element Arsen als auch seine Oxide sind bei – für metallische oder halbmetallische Werkstoffe – verhältnismäßig niedrigen Temperaturen flüchtig, was besondere Aufmerksamkeit und Vorkehrungen bei der Produktion und Verarbeitung (bzw. Entsorgung in einer [[Müllverbrennungsanlage]]) erfordert, damit keine giftigen Produkte (z.&nbsp;B. so genannter [[Hüttenrauch]]) in die Umwelt gelangen.<br />
<br />
== Herstellung ==<br />
Die Herstellung von Galliumarsenid-Einkristallen ([[Kristallzüchtung]]) erfolgt aus einer Schmelze der beiden Elemente Gallium und Arsen durch dampfdruckgesteuerte [[Tiegelziehverfahren]], beispielsweise ''Liquid Encapsulated Czochralski''- oder ''Vertical Gradient Freeze''-Verfahren (''LEC'' bzw. ''VGF''-Verfahren). Stand der Technik <!--(Jahr?)-->sind [[Wafer]] mit einem Durchmesser von 150&nbsp;mm, wobei die Möglichkeit zur Fertigung von Wafern mit 200&nbsp;mm Durchmesser nachgewiesen wurde.<br />
GaAs- oder AlGaAs-Schichten können [[Epitaxie|epitaktisch]] auf entsprechenden Substraten hergestellt werden, solche Schichten sind ebenfalls [[Einkristall]]e. Üblicherweise geschieht dies mit einer Rate von ca. 1&nbsp;µm/h abhängig von dem Epitaxieverfahren.<br />
<br />
== Literatur ==<br />
* S. Adachi: ''GaAs and related materials : Bulk semiconducting and superlattice properties.'' World Scientific, Singapore 1994, ISBN 981-02-1925-3.<br />
* O. Madelung, M. Schulz, H. Weiss: ''Semiconductors : Technology of Si, Ge and SiC.'' In: ''Landolt-Bornstein – Group III: Condensed Matter.'' 17c, Springer, Berlin 1984, ISBN 0-387-11474-2.<br />
* M. Schulz, H. Weiss: ''Semiconductors : Technology of III-V, II-VI and non-tetrahedrally bonded compounds.'' In: ''Landolt-Bornstein – Group III: Condensed Matter.'' 17d, Springer, Berlin 1984, ISBN 0-387-11779-2.<br />
<br />
== Weblinks ==<br />
{{Commonscat|Gallium arsenide|Galliumarsenid}}<br />
* ''[http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/GaAs/index.html Physical properties of Gallium Arsenide (GaAs)]'', [[Joffe-Institut]] St. Petersburg (englisch)<br />
* Katherine Bourzac: ''{{Toter Link |date=2026-02-14 |url=https://www.heise.de/tr/artikel/Der-bessere-Halbleiter-1006146.html |text=Der bessere Halbleiter}}'', Technology Review, 26. Mai 2010<br />
<br />
== Einzelnachweise ==<br />
<references /><br />
<br />
{{Normdaten|TYP=s|GND=4019155-2|LCCN=sh/95/005279}}<br />
<br />
[[Kategorie:Galliumverbindung]]<br />
[[Kategorie:Arsenid]]<br />
[[Kategorie:Verbindungshalbleiter]]<br />
[[Kategorie:Beschränkter Stoff nach REACH-Anhang XVII, Eintrag 19]]<br />
[[Kategorie:Werkstoff der Halbleiterelektronik]]<br />
[[Kategorie:Elektrotechnischer Werkstoff]]<br />
[[Kategorie:Beschränkter Stoff nach REACH-Anhang XVII, Eintrag 28]]<br />
[[Kategorie:Beschränkter Stoff nach REACH-Anhang XVII, Eintrag 30]]<br />
[[Kategorie:Beschränkter Stoff nach REACH-Anhang XVII, Eintrag 72]]<br />
[[Kategorie:Beschränkter Stoff nach REACH-Anhang XVII, Eintrag 75]]</div>imported>Anagkai