氧化镓是一种无机化合物,化学式为Ga2O3。别名三氧化二镓,是一种宽禁带半导体,Eg=4.9eV,其导电性能和发光特性长期以来一直引起人们的注意。Ga2O3是一种透明的氧化物半导体材料,在光电子器件方面有广阔的应用前景,被用作于Ga基半导体材料的绝缘层,以及紫外线滤光片。它还可以用作O2化学探测器。
一、氧化镓同分异构体
氧化镓(III),即三氧化二镓,是镓的氧化物中最稳定的。在空气中加热金属镓使之氧化,或在200-250℃时焙烧硝酸镓、氢氧化镓以及某些镓的化合物都可形成Ga2O3。
1、物理性质
白色三角形的结晶颗粒。不溶于水。微溶于热酸或碱溶液。熔点1900℃(在600℃时转化为β型)。易溶于碱金属氢氧化物和稀无机酸。有α,β两种变体。α型为白色菱形六面体。
2、化学性质
a2O3能与氟气反应,生成GaF3,Ga2O3溶于50%的HF中得到产物GaF3·3H2O。Ga2O3能溶于微热的稀硝酸、稀盐酸和稀硫酸中。经过灼烧的Ga2O3不溶于这些酸甚至于浓硝酸,也不溶于强碱的水溶液中,只能通过NaOH、KOH或KHSO4和K2S2O7一起熔融才能使它溶解。与过量两倍的NH4Cl在250℃一起熔融生成氯化镓。在红热时,Ga2O3与石英反应形成玻璃体,但冷却时没有新化合物生成。红热时也能和上釉的瓷坩埚发生反应。
二、氧化镓的制备
1、向三氯化镓GaCl3的热水溶液中加NaHCO3的高浓热水溶液,煮沸到镓的氢氧化物全部沉淀出来为止。用热水洗涤沉淀至没有Cl-为止,在600℃以上煅烧则得到β-Ga2O3。残留NH4Cl时,在250℃就和Ga2O3反应,生成挥发性GaCl3。
2、这是高纯Ga2O3的制法。以高纯金属Ga为阳极,溶解于5%~20%H2SO4溶液里,向溶液加氨水,冷却,将Ga(NH4)(SO4)2反复结晶,在105℃干燥,在过量氧的条件下在800℃灼烧2h,则得到纯度为99.99%~99.9999%的产品。
3、称取1kg99.9999%的高纯镓放入三颈烧瓶中,加入高纯硝酸,使镓全部溶解,然后过滤,滤液倒入三颈烧瓶中,移至电炉上蒸发(在通风橱中进行),浓缩到接近结晶时,将溶液移置于大号蒸发皿中蒸发至干。将蒸干的Ga(NO3)3放在马弗炉中进行灼烧,温度控制在550℃,灼烧5h,待冷却后取出成品,得1.2kg高纯氧化镓。
氧化镓其实并不是什么新型材料,反而有了近70年的历史,1952年就已经有科学家发现了它的五种变体。但由于该材料被大多数半导体研究者和工程师忽略,其发展才落后于氮化镓和碳化硅等材料。直到近年以来,半导体产业才开始察觉到氧化镓在光电器件应用上的优秀特性。
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