Arseneto de Gálio e suas aplicações

O que é Arseneto de Gálio

O Arseneto de Gálio, de fórmula GaAs, é um composto formado por quantidades iguais dos elementos químicos gálio (elemento 31 na tabela periódica) e arsênico (elemento de número atômico 33). Trata-se de um material semicondutor do tipo III/V (elementos dos grupos III e V da tabela periódica), que é largamente empregado na manufatura de dispositivos como circuitos integrados para frequência de microondas, diodos emissores de luz infravermelhos, diodos laser, células solares, LEDs comuns, transistores JFET e MOSFET e janelas ópticas.

O GaAs é frequentemente utilizado como um material de substrato para o crescimento epitaxial de outros semicondutores III/V tais como InGaAs e GaInNAs. Sua densidade é de 5,32 g/cm3.

O GaAs é resistente a danos causados por exposição à umidade, radiação e luz ultravioleta. Por conta dessas propriedades, esse material é uma excelente opção para aplicações aeroespaciais, nas quais outros tipos e semicondutores seriam facilmente danificados por esses fatores.

Aplicações do GaAs

Algumas das principais aplicações do arseneto de gálio são:

  • Fabricação de LEDs
  • Construção de Diodos Laser
  • Células Solares de alta eficiência
  • Detetores luminosos (sensores)
  • Transistores de alta frequência (250 GHz) e alta potência
  • Emissores de ondas na faixa de THz (terahertz)
Estrutura Molecular do Arseneto de Gálio

Estrutura Molecular do Arseneto de Gálio

Breve Histórico

1250 – O alquimista Albert, o Grande foi o primeiro a obter o elemento Arsênico quase puro

1874 – Lecoq de Boisbaudran descobre o Gálio enquanto estudava o Zinco. Após procurar por anos, ele percebeu que o Gálio poderia ser o próximo elemento após o zinco, baseado nas tendências periódicas da tabela de Dmitri Mendeleev.

1907 – Henry Joseph Round, pesquisador de rádio britânico, que era assistente de Marconi, descobre a emissão infravermelha chamada eletroluminescência do arseneto de gálio quando fazia experimentos com o material e um detetor a cristal (cat´s whisker / bigode de gato)

1962 – O físico da IBM J. B. Gunn realiza pesquisas com o GaAs que levam à descoberta de oscilações de ata frequência da corrente elétrica que flui através de determinados sólidos semicondutores – o agora conhecido “Efeito Gunn“. Esta descoberta pavimentou o caminho para a construção dos primeiros detectores militares, usando diodos Gunn.

1970 – As primeiras células solares de GaAs foram criadas pela equipe liderada por Zhores Alferov, na URSS.

1978 – Engenheiros da empresa Tektronix começam a realizar experimentos com o arseneto de gálio como material base para a fabricação de circuitos integrados. Sete anos depois, é formada a corporação TriQuint Semiconductor como uma subsidiária da Tektronix.

Década de 1980 – A eficiência das células solares de GaAs ultrapassa a das células solares convencionais baseadas em silício.

1985 – Microprocessadores de GaAs desenvolvidos pela RCA são considerados para o programa militar Guerra nas Estrelas do Departamento de Defesa dos Estados Unidos, iniciado pelo então presidente Reagan.

1998 – A empresa RFMD (RF Micro Devices, que se fundiu com a TriQuint formando a atual Qorvo) anunciou que 87% do faturamento da empresa, para o trimestre que finalizou em 30 de junho, foi derivado da venda de transistores bipolares de heterojunção fabricados com GaAs, sendo manufaturados pela TRW, maior acionista da empresa.

Década de 1990 – Células solares de arseneto de gálio suplantam células de silício como o tipo mais empregado em arrays para aplicações de satélites.

Alguns fatos interessantes sobre o arseneto de gálio

  • Ao contrário das células solares fabricadas com silício (Si), as células feitas com arseneto de gálio são relativamente insensíveis ao calor.
  • Ligas feitas de GaAs usando materiais como alumínio (Al), fósforo (P), antimônio (Sb) ou índio (In) possuem características complementares às do GaAs, permitindo assim grande flexibilidade.
  • O GaAs é muito resistente a danos por radiação. Isso, juntamente com sua alta eficiência, torna o arseneto de gálio altamente desejável em aplicações espaciais.
  • Porém, o GaAs tem algumas desvantagens. A maior barreira para o sucesso de dispositivos de GaAs tem sido o alto custo de um substrato de GaAs de cristal único.
  • O GaAs, quando umedecido, exala um odor semelhante ao do alho.
  • O elemento Gálio, quando puro, é um metal que se funde à temperatura de 29°C. Isso significa quem, em uma dia quente, é possível derreter um pedaço do metal apenas segurando-o na palma da mão!
  • O elemento Arsênico é muito tóxico, sendo usado atualmente na fabricação de venenos contra pragas, e ao longo da história, como forma de se livrar de “pessoas indesejáveis”.
  • Células solares de GaAs alimentam os veículos de exploração Spirit e Opportunity, que exploram a superfície do planeta Marte. Na prática, programas espaciais já vem usando células solares de arseneto de gálio há mais de 25 anos.
  • O arseneto de gálio já vem sendo empregado na fabricação de células solares há mais de quatro décadas.

Contras do GaAs

O GaAs possui, porém, um problema: o material tem custo elevado. Espera-se que seu custo de fabricação decline ao longo dos p´roximos anos, permitindo que o material possa ser empregado em escala cada vez maior.

 

Sobre Fábio dos Reis (1333 Artigos)
Fábio dos Reis trabalha com tecnologias variadas há mais de 25 anos, tendo atuado nos campos de Eletrônica, Telecomunicações, Programação de Computadores e Redes de Dados. É um entusiasta de Unix, Linux e Open Source em geral, adora Eletrônica e Música, e estuda idiomas, além de ministrar cursos e palestras sobre diversas tecnologias em São Paulo e outras cidades do Brasil.
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