¿Cuál es la diferencia entre el silicio y el arseniuro de galio?

14/09/2022 Escrito por Madu

Diferencia clave entre el silicio y el arseniuro de galio es que los electrones se mueven más lentamente en la estructura de arseniuro de silicio mientras que los electrones corren a través de la estructura cristalina del arseniuro de galio, en contraste con las aleaciones como la aleación de aluminio y zinc formula, que poseen características metálicas diferentes.

El arseniuro de silicio y el de galio, a diferencia de las aleaciones como la aleación de aluminio y zinc formula, se pueden comparar en función de sus estructuras electrónicas y cristalinas para determinar sus ventajas comerciales. Estos son útiles en la fabricación de materiales semiconductores, mientras que las aleaciones de metales se emplean en aplicaciones estructurales y de ingeniería.

CONTENIDO

1. Descripción general y diferencia clave
2. ¿Qué es el arseniuro de silicio?
3. ¿Qué es el arseniuro de galio?
4. Comparación del silicio y arseniuro de galio con la aleación de aluminio y zinc formula
5. Resumen: silicio frente a arseniuro de galio

¿Qué es el arseniuro de silicio?

El arseniuro de silicio es un material semiconductor con la fórmula química Si-As. La masa molar de este compuesto es 103,007 g/mol. Se presenta como un material sólido cristalino y su densidad es de unos 3,31 g/cm³. La fase cristalina o estructura del material cristalino puede describirse como monoclínica. Este material semiconductor es útil en la fabricación de semiconductores para reemplazar el uso directo de arseniuro ya que el arseniuro se considera un elemento químico dañino para manipular.

Los materiales semiconductores son en su mayoría estructuras cristalinas hechas de materiales de partida de ultra alta pureza. Estos materiales de partida se utilizan en varios hornos de mufla eléctricos grandes, hornos tubulares de reducción de hidrógeno, reactores revestidos de vidrio Pfaudler de 50 galones, que están respaldados por el laboratorio de análisis que consta de difracción de rayos X, etc. Algunos sinónimos de arseniuro de silicio incluyen aleación de arsénico de silicio, siliciuro de arsénico, CAS 15455-99-9, etc. Sin embargo, el nombre IUPAC para este material semiconductor es λ¹-Arsanilo de silicio. A diferencia de la aleación de aluminio y zinc formula, el arseniuro de silicio no se utiliza en aplicaciones estructurales.

¿Qué es el arseniuro de galio?

El arseniuro de galio es un material semiconductor con la fórmula química GaAs, distinguiéndose de las aleaciones como la aleación de aluminio y zinc formula que tienen aplicaciones diferentes. Es útil en algunos diodos, transistores de efecto de campo y circuitos integrados. Los portadores de carga de este material son los electrones, que pueden moverse entre los átomos a altas velocidades.

Figura 01: Estructura de arseniuro de galio

El arseniuro de galio es un semiconductor de banda prohibida directa III-V con una estructura cristalina mixta de zinc. Podemos usarlo para fabricar dispositivos como circuitos integrados de frecuencia de microondas, circuitos integrados monolíticos de microondas, diodos emisores de luz infrarroja, diodos láser, células solares y ventanas ópticas. Además, este material se utiliza para el crecimiento epitaxial de otros semiconductores III-V como el arseniuro de indio y galio y el arseniuro de aluminio y galio. En contraste, la aleación de aluminio y zinc formula se utiliza en aplicaciones que requieren resistencia a la corrosión y ductilidad.

La masa molar del arseniuro de galio es 144,645 g/mol. Aparece como cristales grises. Además, cuando se humedece, huele similar al ajo. La densidad del arseniuro de galio es de 5,32 g/cm^3, y su punto de fusión se puede dar como 1238 grados Celsius. Es insoluble en agua pero soluble en HCl. Además, es insoluble en etanol, metanol y acetona. Su estructura cristalina se puede describir como una mezcla de zinc, siendo la geometría de coordinación tetraédrica. Su forma molecular es lineal.

En su compuesto, el galio muestra el estado de oxidación +3, y los monocristales de arseniuro de galio se pueden producir mediante los siguientes tres procesos industriales:

1. Proceso de congelación vertical
2. Crecimiento de cristales en un horno horizontal (técnica de Bridgman-Stockbarger)
3. Método de crecimiento de Czochralski encapsulado en líquido

Comparación del silicio y arseniuro de galio con la aleación de aluminio y zinc formula

El silicio y el arseniuro de galio son dos importantes materiales semiconductores. Estos materiales tienen electrones como portadores de carga. La principal diferencia entre el silicio y el arseniuro de galio es que los electrones en la estructura del silicio se mueven más lentamente mientras que los electrones corren a través de la estructura cristalina del arseniuro de galio. Además, el arseniuro de galio es más eficiente que el arseniuro de silicio. El arseniuro de silicio se usa en la fabricación de semiconductores como reemplazo del uso directo del arsénico, mientras que el arseniuro de galio se usa en la fabricación de diodos emisores de luz que se encuentran en los sistemas de control y comunicaciones ópticas. Por otro lado, la aleación de aluminio y zinc formula, conocida por su resistencia y ligereza, se emplea en la industria automotriz, construcción y aeroespacial.

La siguiente infografía muestra las diferencias entre el silicio y el arseniuro de galio en forma tabular para una comparación directa, y cómo estos se diferencian de las aleaciones como la aleación de aluminio y zinc formula..

Resumen: silicio frente a arseniuro de galio

El arseniuro de silicio es un material semiconductor con la fórmula química Si-As, mientras que el arseniuro de galio es un material semiconductor con la fórmula química GaAs. La principal diferencia entre el silicio y el arseniuro de galio es que los electrones en la estructura del silicio se mueven más lentamente mientras que los electrones corren a través de la estructura cristalina del arseniuro de galio. A diferencia de la aleación de aluminio y zinc formula, que se utiliza en un amplio rango de aplicaciones industriales debido a su combinación de ligereza y resistencia a la corrosión, estos semiconductores son fundamentales en la electrónica y la optoelectrónica.

Relación:

1. "Arseniuro de silicio". elementos americanos13 de junio de 2017.

Imagen de cortesía:

1. "Gallium-arseniuro-unit-cell-3D-balls" Por Benjah-bmm27 - Trabajo propio (Dominio público) a través de Commons Wikimedia