一篇看懂半导体材料在传感器制造中的应用 - PART 2.

砷化镓（GaAs）是一种由镓（Ga）和砷（As）原子组成的化合物半导体材料。GaAs可制成小尺寸 (50 mm) 到中尺寸 (150 mm) 晶圆；该材料有不同等级的市场；其价格实惠；与Cd(Zn)Te相比，砷化镓是一种均匀稳定的复合半导体材料。它可用于中能辐射成像和跟踪的成像传感器材料。对于20-80 keV之间的X射线成像和200 keV以上的电子成像，砷化镓具有良好的吸收效率。

目前砷化镓传感器已广泛应用于工业无损检测、电脑断层CT扫描、空间辐射计量学、X射线衍射等领域。

砷化镓（GaAs）传感器用于检测中等能量范围内的 X 射线、γ射线和电子，而Si传感器对于中等能量范围内射线的吸收效率不足。GaAs传感器具有高电子迁移率、高灵敏度、高密度、低能 X 射线荧光光子和抗辐射等优势，适用于各种应用。以下是使用GaAs传感器的一些典型能量范围和应用：

● 高能电子：GaAs 传感器由于较高的密度，对于在几 keV 到几 MeV 能量范围内的电子，可以对其进行有效检测和测量。这包括透射电子显微镜 (TEM) 和电子能量损失谱 (EELS) 等应用。

● 中能粒子：GaAs 传感器也用于中能范围内的加速粒子检测，通常在数十兆电子伏 (MeV) 范围内。GaAs 传感器用于辐射检测和测量，应用领域包括放射治疗、核医学、放射性物质的环境监测、高能物理和宇宙射线实验。

● 高能粒子：GaAs 传感器用于高能物理实验，例如粒子对撞机和宇宙射线实验，这些实验中探测的粒子能量范围从数十亿电子伏特 (GeV) 到数万亿电子伏特 (TeV)。砷化镓传感器能够跟踪和测量这些实验中产生的高能粒子。

砷化镓 (GaAs) 并非自然存在于地壳中。它是一种人工合成化合物，而不是自然产生的。镓 (Ga) 和砷 (As) 都是自然界中可以找到的元素，但它们并不以 GaAs 这样的形式存在。镓是一种相对稀有的元素，通常是开采和精炼其他金属（如铝和锌）的副产品。而砷则更为丰富，可以在各种矿石中找到，例如砷黄铁矿和雄黄。

GaAs 属于 III-V 族半导体，这意味着它是由元素周期表中的 III 族（镓）和 V 族（砷）元素形成的。GaAs是一种直接带隙半导体，这意味着它可以有效地吸收光子并将其转换为电信号。

镓 (Ga)：镓是一种柔软的银色金属，原子序数为31。它是一种后过渡金属，以其低熔点而闻名，这使其在某些应用中非常有用。砷 (As)：砷是一种原子序数为33的准金属元素。它以其毒性而闻名，但以化合物形式（例如砷化镓），其化学性质稳定且处理安全。砷有助于GaAs的半导体特性，包括其能带结构和导电性。

半导体级 GaAs 采用不同的技术生长成锭。生长技术对杂质数量有很大影响。GaAs 晶体生长采用多种方法，包括：

● 垂直布里奇曼法 (VB)：在 VB 法中，将高纯度 GaAs 原料放入密封的安瓿瓶或坩埚中。加热安瓿瓶，使 GaAs 熔化。将 GaAs 晶种浸入熔融材料中，安瓿瓶通过温度梯度缓慢地向上或向下（垂直）移动。随着安瓿瓶的移动，由于缓慢的冷却过程，GaAs 晶体在晶种上生长。所得晶体是圆柱形的单晶锭。

● 液封直拉法 (LEC)：LEC 法涉及与用于硅晶体生长的直拉法类似的工艺。在该方法中，高纯度 GaAs 原料在坩埚中熔化。GaAs晶种浸入熔融材料中，并在旋转的同时缓慢地从熔体中抽出。当晶种被拉出时，GaAs会在晶种表面结晶，形成单晶锭。熔融的 GaAs 被“封装”在液态砷化镓溶液中，以提供受控的晶体生长条件。

● 垂直梯度凝固法(VGF) 用于生长砷化镓 (GaAs) 晶体。在这种技术中，高纯度 GaAs 原料在坩埚中熔化。将晶种插入熔融材料中，并在保持受控温度梯度的同时缓慢提升或移动坩埚。随着温度下降，熔融的 GaAs 在晶种上凝固，从而生长出单晶 GaAs 锭。与其他方法相比，VGF方法可以生产更大的GaAs晶体。

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