Galliumoxid
Eigenschaften
Chemische Formel: Ga₂O₃
Bezeichnung: Gallium(III)-oxid / Galliumoxid
CAS-Nr.: 12024-21-4
Molare Masse: 187,44 g/mol
Dichte: 6,44 g/cm³ (monokline β-Modifikation)
Schmelzpunkt: ca. 1.900 °C
Farbe: weiß
Form: feines Pulver oder einkristallines Substrat
Bandlücke von β-Ga₂O₃: ca. 4,8-4,9 eV
Kritische elektrische Feldstärke: ca. 8 MV/cm
Löslichkeit: unlöslich in Wasser, löslich in heißen Mineralsäuren und starken Alkalilaugen
Gallium(III)-oxid (Ga₂O₃), auch als Galliumoxid bezeichnet, ist eine anorganische Verbindung und ein bedeutender Werkstoff für Halbleiter mit ultrabreiter Bandlücke. Das Material liegt als feines weißes Pulver oder als einkristallines Substrat vor. Mit einem Schmelzpunkt von etwa 1.900 °C besitzt Galliumoxid eine sehr hohe thermische Stabilität.
Ga₂O₃ tritt in mehreren polymorphen Modifikationen auf, darunter die α-, β-, γ-, δ- und ε-Phase. Bei Raumtemperatur ist die monokline β-Modifikation β-Ga₂O₃ die thermodynamisch stabilste Form.
Eine der wichtigsten Eigenschaften von β-Ga₂O₃ ist die ultrabreite Bandlücke von etwa 4,8 bis 4,9 eV. Hinzu kommt eine kritische elektrische Feldstärke von ungefähr 8 MV/cm. Diese Eigenschaften machen das Material besonders interessant für Hochspannungsbauelemente und zukünftige Anwendungen in der Leistungselektronik.
Galliumoxid weist außerdem eine hohe Transparenz im tiefen ultravioletten sowie im sichtbaren Spektralbereich auf. Dadurch eignet sich das Material für Solar-Blind-UV-Photodetektoren und weitere spezialisierte optoelektronische Systeme. Ga₂O₃ ist in Wasser unlöslich, löst sich jedoch in heißen Mineralsäuren und starken Alkalilaugen.
Die Herstellung erfolgt unter anderem durch thermische Kalzinierung von Galliumnitrat, Galliumhydroxid oder Galliumoxalat bei Temperaturen oberhalb von 800 °C. Einkristalle lassen sich darüber hinaus direkt aus der Schmelze mittels Czochralski- oder EFG-Verfahren züchten.
Gallium und seine Verbindungen sind insbesondere für Leistungselektronik, UV-Optoelektronik, Sensorik, Katalysatortechnik und Dünnschichtanwendungen von Bedeutung. Galliumoxid wird außerdem als Ausgangsmaterial für Sputtertargets und funktionale Oxidschichten eingesetzt.
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Vorteile
• Ultrabreite Bandlücke von etwa 4,8-4,9 eV
• Hohe kritische elektrische Feldstärke von etwa 8 MV/cm
• Geeignet für moderne Hochspannungs- und Leistungselektronik
• Einkristalle direkt aus der Schmelze züchtbar
• Hohe thermische Stabilität
• Hohe Transparenz im tiefen UV- und sichtbaren Spektralbereich
• Geeignet für Solar-Blind-UV-Sensorik
• Einsetzbar in funktionalen Dünnschichtsystemen
Anwendungsbereiche
• Leistungselektronik der nächsten Generation
• Hochleistungs-Schottky-Dioden
• Field-Effect-Transistoren (FETs)
• Inverter für Elektromobilität und Energienetze
• Solar-Blind-UV-Photodetektoren
• Flammenüberwachung und Ozonmessung
• Spezialisierte UV-Detektionssysteme
• Katalysatoren und Gassensoren
• Hochtemperatur-Detektion von Wasserstoff und Kohlenmonoxid
• Dünnschicht- und Beschichtungstechnik
• Sputtertargets
• Transparent leitfähige Oxidschichten
• Dotierung von Zinkoxid
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