갈륨 비소 : 구조, 특성, 용도, 위험 - 화학 - 2026

비화 갈륨 갈륨 원자 소자 (GA) 및 비소 원자 (AS)로 이루어지는 무기 화합물. 화학 공식은 GaAs입니다. 청록색 금속 광택을 가질 수있는 진한 회색 고체입니다.

이 화합물의 나노 구조는 많은 전자 공학 분야에서 다양한 용도로 잠재적으로 얻어졌습니다. 그것은 화학 주기율표에서 원소의 위치로 인해 화합물 III-V라는 물질 그룹에 속합니다.

GaAs 나노 구조. Яна Сычикова, Сергей Ковачёв / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). 출처 : Wikimedia Commons.

반도체 소재로 특정 조건에서만 전기를 전도 할 수 있습니다. 트랜지스터, GPS, LED 조명, 레이저, 태블릿 및 스마트 폰과 같은 전자 장치에 널리 사용됩니다.

빛을 쉽게 흡수하여 전기 에너지로 변환 할 수있는 특성이 있습니다. 이러한 이유로 위성 및 우주선의 태양 전지에 사용됩니다.

다양한 물질과 생물체를 손상시키지 않고 투과하는 방사선을 생성 할 수 있습니다. 뱀독에 의해 손상된 근육량을 재생하는 GaAs 레이저의 사용이 연구되었습니다.

그러나 그것은 독성 화합물이며 인간과 동물에게 암을 유발할 수 있습니다. 매립지에 폐기되는 전자 장비는 위험한 비소를 방출하고 사람, 동물 및 환경의 건강에 해로울 수 있습니다.

구조

갈륨 비소는 주기율표의 III 족 원소와 V 족 원소의 비율이 1 : 1이기 때문에 화합물 III-V라고 불립니다.

이것은 비소 (As)와 갈륨 (Ga)으로 구성된 금속 간 고체로 간주되며, 산화 상태는 Ga ⁽⁰⁾ As ⁽⁰⁾ 에서 Ga ⁽⁺³⁾ As ^{(-3) 사이} 입니다.

갈륨 비소 결정. W. Oelen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). 출처 : Wikimedia Commons.

명명법

• 갈륨 비소
• 갈륨 모노 비소

속성

몸 상태

청록색 금속 광택 또는 회색 분말이있는 진한 회색 결정질 고체. 그 결정은 입방체입니다.

GaAs 결정. 왼쪽 : 광택면. 오른쪽 : 거친면. English Wikipedia / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)의 재료 과학자. 출처 : Wikimedia Commons.

분자 무게

144.64g / 몰

녹는 점

1238ºC

밀도

5.3176 g / cm ³ 25 ° C.

용해도

수중 : 20 ° C에서 1mg / mL 미만

화학적 특성

산성염을 형성 할 수있는 수화물이 있습니다. 건조한 공기에서 안정적입니다. 습한 공기에서는 어두워집니다.

증기, 산 및 산성 가스와 반응하여 아르 신, 아르 산 또는 수소화 비소 (AsH ₃ ) 라고하는 유독 가스를 방출 할 수 있습니다. 수소 가스를 방출하는 염기와 반응합니다.

진한 염산과 할로겐의 공격을받습니다. 녹 으면 석영을 공격합니다. 젖 으면 마늘 냄새가 나고 가열하여 분해하면 독성이 강한 비소 가스를 방출합니다.

기타 물리적 특성

이는 반도체 재료로, 전기장, 압력, 온도 또는 수신되는 복사와 같은 영향을받는 조건에 따라 전기 전도체 또는 절연체 역할을 할 수 있음을 의미합니다.

전자 밴드 사이의 간격

에너지 갭 폭은 1,424eV (전자 볼트)입니다. 에너지 갭, 금지 된 밴드 또는 밴드 갭의 너비는 원자의 전자 껍질 사이의 공간입니다.

에너지 갭이 넓을수록 전자가 다음 쉘로 "점프"하여 반도체가 전도 상태로 변경되도록하는 데 필요한 에너지가 커집니다.

GaAs는 실리콘보다 에너지 갭이 더 넓기 때문에 방사선에 대한 저항력이 높습니다. 또한 직접적인 갭 폭이기 때문에 갭 폭이 간접적 인 실리콘보다 더 효과적으로 빛을 방출 할 수 있습니다.

구하기

600 ° C에서 수소 (H ₂ )와 비소 의 기체 혼합물을 산화 갈륨 (III) (Ga ₂ O ₃ ) 위에 통과시켜 얻을 수 있습니다 .

또한 800 ° C에서 염화 갈륨 (III) (GaCl ₃ )과 비소 산화물 (As ₂ O ₃ ) 사이의 반응으로 제조 할 수도 있습니다 .

태양 전지에 사용

갈륨 비소는 1970 년대부터 태양 전지에 사용되어 왔으며, 다른 재료에 비해 장점을 제공하는 뛰어난 광전지 특성을 가지고 있습니다.

태양 에너지를 전기로 변환하는 데있어 실리콘보다 더 나은 성능을 발휘하여 고열 또는 저조도 조건에서 더 많은 에너지를 전달합니다.

이러한 태양 전지 중 일부는 태양열 자동차, 우주선 및 위성에 사용됩니다.

작은 위성의 GaAs 태양 전지. 미국 해군 사관학교 / 공개 도메인. 출처 : Wikimedia Commons.

이 애플리케이션에 대한 GaAs의 장점

습기 및 자외선에 대한 내성이있어 환경 조건에 대한 내구성이 뛰어나고 항공 우주 분야에서 사용할 수 있습니다.

온도 계수가 낮기 때문에 고온에서 효율을 잃지 않고 높은 누적 방사선 량에 저항합니다. 방사선 손상은 200 ° C에서 템퍼링하여 제거 할 수 있습니다.

그것은 빛의 광자의 흡수 계수가 높기 때문에 저조도에서 높은 성능을 발휘합니다. 즉, 태양의 조명이 약할 때 에너지 손실이 거의 없습니다.

GaAs 태양 전지는 저조도에서도 효율적입니다. 저자 : Arek Socha. 출처 : Pixabay.

다른 어떤 기술보다 단위 면적당 더 많은 에너지를 생산합니다. 이것은 항공기, 차량 또는 작은 위성과 같은 작은 영역이있을 때 중요합니다.

유연하고 가벼운 소재로 매우 얇은 층에 적용해도 효율적이므로 태양 전지를 매우 가볍고 유연하며 효율적으로 만듭니다.

우주 차량용 태양 전지

우주 프로그램은 25 년 이상 GaAs 태양 전지를 사용해 왔습니다.

GaAs와 게르마늄, 인듐 및 인의 다른 화합물의 조합은 화성 표면을 탐사하는 차량에 사용되는 매우 고효율의 태양 전지를 얻을 수있게했습니다.

화성에있는 Curiosity 로버의 아티스트 버전. 이 장치에는 GaAs의 태양 전지가 있습니다. NASA / JPL-Caltech / 퍼블릭 도메인. 출처 : Wikimedia Commons.

GaAs의 단점

실리콘에 비해 매우 비싼 재료로, 지상 태양 전지에서 실제 구현에있어 주요 장벽이되었습니다.

그러나 극도로 얇은 층에 사용하는 방법이 연구되어 비용을 절감 할 수 있습니다.

전자 장치에서 사용

GaAs는 다양한 전자 장치에서 여러 용도로 사용됩니다.

트랜지스터에서

트랜지스터는 다른 용도 중에서도 전기 신호를 증폭하고 회로를 열고 닫는 역할을하는 요소입니다.

트랜지스터에 사용되는 GaAs는 실리콘보다 전자 이동도가 높고 저항이 높기 때문에 더 높은 에너지와 더 높은 주파수 조건을 견디며 잡음이 적습니다.

전력 증폭에 사용되는 GaAs 트랜지스터. Epop / CC0. 출처 : Wikimedia Commons.

GPS에서

1980 년대에이 화합물을 사용함으로써 글로벌 포지셔닝 시스템 또는 GPS (Global Positioning System) 수신기를 소형화 할 수있었습니다.

이 시스템을 사용하면 센티미터의 정확도로 행성 전체에서 물체 또는 사람의 위치를 ​​결정할 수 있습니다.

갈륨 비소는 GPS 시스템에 사용됩니다. 저자 : Foundry Co. 출처 : Pixabay.

광전자 장치에서

상대적으로 낮은 온도에서 얻은 GaAs 필름은 높은 저항률 (도체가되기 위해 높은 에너지가 필요함) 및 빠른 전자 전달과 같은 우수한 광전자 특성을 가지고 있습니다.

직접적인 에너지 갭으로 인해 이러한 유형의 장치에 사용하기에 적합합니다. LED 조명, 레이저, 감지기, 발광 다이오드 등과 같이 전기 에너지를 복사 에너지로 또는 그 반대로 변환하는 장치입니다.

LED 손전등. 갈륨 비소를 포함 할 수 있습니다. 저자 : Hebi B. 출처 : Pixabay.

특수 방사선에서

이 화합물의 특성은 금속과 물을 제외한 모든 유형의 물질을 투과 할 수있는 방사선 인 테라 헤르츠 주파수의 방사선을 생성하는 데 사용되었습니다.

테라 헤르츠 방사선은 비 이온화이기 때문에 신체 조직을 손상 시키거나 엑스레이와 같은 DNA 변화를 일으키지 않기 때문에 의료 영상 획득에 적용될 수 있습니다.

이러한 방사선은 또한 사람과 수하물에 숨겨진 무기를 탐지 할 수있게 해주고 화학 및 생화학 분야의 분광 분석 방법에 사용할 수 있으며 매우 오래된 건물에서 숨겨진 예술 작품을 발견하는 데 도움이 될 수 있습니다.

잠재적 인 치료

GaAs 레이저의 한 종류는 쥐의 뱀 독에 의해 손상된 근육 질량의 재생을 향상시키는 데 유용한 것으로 나타났습니다. 그러나 인간에서 그 효과를 결정하기 위해서는 연구가 필요합니다.

다양한 팀

자기 저항 장치, 서미스터, 커패시터, 광전자 광섬유 데이터 전송, 마이크로파, 위성 통신 장치, 레이더 시스템, 스마트 폰 (4G 기술) 및 태블릿에 사용되는 집적 회로의 반도체로 사용됩니다.

스마트 폰의 전자 회로에는 GaA가 포함될 수 있습니다. 저자 : Arek Socha. 출처 : Pixabay.

위험

매우 독성이 강한 화합물입니다. 이 물질에 장기간 또는 반복 노출되면 신체가 손상됩니다.

노출의 증상으로는 저혈압, 심부전, 발작, 저체온증, 마비, 호흡기 부종, 청색증, 간경변, 신장 손상, 혈뇨, 백혈구 감소증 등이 있습니다.

암을 유발하고 생식 능력을 손상시킬 수 있습니다. 동물에게도 독성이 있고 발암 성이 있습니다.

유해 폐기물

전자 장치에서 GaAs의 사용이 증가함에 따라 환경에서이 물질의 운명과 공중 및 환경 건강에 대한 잠재적 위험에 대한 우려가 제기되었습니다.

GaAs 함유 장치를 도시 고형 폐기물 매립지에 폐기 할 경우 비소 방출 (독성 및 독성 요소)의 잠재적 위험이 있습니다.

연구에 따르면 매립지의 pH 및 산화 환원 조건은 GaAs 부식 및 비소 방출에 중요합니다. pH 7.6 및 정상적인 산소 대기 하에서이 독성 준 금속의 최대 15 %가 방출 될 수 있습니다.

GaAs는 독성 비소를 방출 할 수 있으므로 전자 장비는 매립지에 폐기해서는 안됩니다. 저자 : INESby. 출처 : Pixabay.

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