【技术】一文带你了解氮化镓和砷化镓的区别

时间： 2021-08-21 来源：时代速信

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砷化镓

砷化镓（gallium arsenide），化学式GaAs。黑灰色固体，熔点1238℃。它在600℃以下，能在空气中稳定存在，并且不被非氧化性的酸侵蚀。砷化镓是一种重要的半导体材料。属Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体。属闪锌矿型晶格结构，晶格常数5.65×10-10m，熔点1237℃，禁带宽度1.4电子伏。砷化镓是半导体材料中，兼具多方面优点的材料,但用它制作的晶体三极管的放大倍数小，导热性差，不适宜制作大功率器件。虽然砷化镓具有优越的性能，但由于它在高温下分解，故要生产理想化学配比的高纯的单晶材料，技术上要求比较高。

氮化镓

氮化镓，分子式GaN，英文名称Gallium nitride，是氮和镓的化合物，是一种直接能隙（direct bandgap）的半导体，自1990年起常用在发光二极管中。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。

氮化镓和砷化镓比较

氮化镓器件提供的功率密度比砷化镓器件高十倍。由于氮化镓器件的功率密度较高，因此可以提供更大的带宽、更高的放大器增益，并且由于器件尺寸的减少，还可提高效率。

氮化镓场效应管器件的工作电压比同类砷化镓器件高五倍。由于氮化镓场效应管器件可在更高电压下工作，因此在窄带放大器设计上，设计人员可以更加方便地实施阻抗匹配。所谓“阻抗匹配”，是指在负载的输入阻抗设计上，使得从器件到负载的功率传输最大化。

氮化镓场效应管器件提供的电流比砷化镓场效应管高二倍。由于氮化镓场效应管器件提供的电流比砷化镓场效应器件高二倍，因此氮化镓场效应器件的本征带宽能力更高。氮化镓在器件层面的热通量比太阳表面的热通量还要高五倍！“热通量”是单位面积的热量输送率。由于氮化镓是高功率密度器件，因此它在非常狭小的空间内散发热量，形成高热通量。这也是氮化镓器件的热设计如此重要的原因。碳化硅的导热性是砷化镓的六倍，是硅的三倍。碳化硅具有高导热性，这使它成为高功率密度射频应用的首选衬底。氮化镓的化学键强度是砷化镓化学键的三倍。因此，氮化镓的能隙更大，能够支持更高的电场和更高的工作电压。氮化镓—氮化铝镓结构的压电性是砷化镓—砷化铝镓结构的五倍。氮化镓器件在200摄氏度下工作100万小时，失效率低于0.002%。对此，TI在GaN已经有充分的论证和实验。

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