Nitruro di gallio: differenze tra le versioni

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{{SF|chimicasali|febbraio 2015}}

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{{Composto chimico

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|immagine1_descrizione = Cristallo di nitruro di gallio.

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Il '''nitruro di gallio''' ('''GaN''') è il [[composto binario]] covalente formato dal [[Gallio (elemento chimico)|gallio]] con l'[[azoto]].<ref>{{Cita libro|nome=Egon|cognome=Wiberg|nome2=Nils|cognome2=Wiberg|nome3=A. F.|cognome3=Holleman|titolo=Anorganische Chemie|url=https://www.worldcat.org/title/970042787|accesso=2024-06-12|edizione=103. Auflage|data=2017|editore=De Gruyter|pp=1403-1404|OCLC=970042787|ISBN=978-3-11-026932-1}}</ref> Fu ottenuto per la prima volta nel 1932 dalla reazione del gallio metallico con l'[[ammoniaca]] a 1000 °C.<ref>{{Cita web|url=https://www.edn.com/a-brief-history-of-gallium-nitride-gan-semiconductors/|titolo=A brief history of gallium nitride (GaN) semiconductors|autore=Majeed Ahmad|sito=EDN|data=2023-05-23|lingua=en-US|accesso=2024-06-12}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|nome=Weng Hoe|cognome=Lam|nome2=Weng Siew|cognome2=Lam|nome3=Pei Fun|cognome3=Lee|data=2023-01-01|titolo=The Studies on Gallium Nitride-Based Materials: A Bibliometric Analysis|rivista=Materials|volume=16|numero=1|p=401|accesso=2024-06-12|doi=10.3390/ma16010401|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9822161/}}</ref> È un composto non molecolare avente [[formula minima]] GaN, dove sia il gallio che l'azoto sono entrambi [[Numero di coordinazione (cristallografia)|tetracoordinati]] e [[Tetraedro|tetraedrici]]. Il nitruro di gallio è un tipico [[semiconduttore]] del tipo III-V.<ref>{{Cita libro|titolo=Fundamentals of Semiconductors|url=https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-642-00710-1|accesso=2024-06-11|lingua=en|DOI=10.1007/978-3-642-00710-1}}</ref> È un materiale molto duro avente la struttura della [[wurtzite]]. L'ampiezza del suo [[Banda proibita|''band gap'']] lo rende utile in speciali applicazioni di [[optoelettronica]],<ref>{{Cita pubblicazione|nome=A.|cognome=Di Carlo|data=2001-01|titolo=Tuning Optical Properties of GaN-Based Nanostructures by Charge Screening|rivista=physica status solidi (a)|volume=183|numero=1|pp=81-85|lingua=en|accesso=2024-06-12|doi=10.1002/1521-396X(200101)183:1<81::AID-PSSA81>3.0.CO;2-N|url=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/1521-396X(200101)183:13.0.CO;2-N}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|nome=Y.|cognome=Arakawa|data=2002-07|titolo=Progress in GaN-based quantum dots for optoelectronics applications|rivista=IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics|volume=8|numero=4|pp=823-832|lingua=en|accesso=2024-06-12|doi=10.1109/JSTQE.2002.801675|url=http://ieeexplore.ieee.org/document/1039475/}}</ref> anche in dispositivi di potenza o di alta [[frequenza]], impiegato in [[LED|diodi LED]] blu e che in particolare rende possibili i [[laser]] nel violetto (405&nbsp;[[Metro|nm]]) senza dover ricorrere al raddoppiamento di frequenza che sfrutta [[Ottica non lineare|ottiche non lineari]].<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Meng-Mu|cognome=Shih|data=2012-02-27|titolo=Modeling gallium-nitride-based violet lasers for data storage of information technology|rivista=Gallium Nitride Materials and Devices VII|editore=SPIE|volume=8262|pp=194-199|accesso=2024-06-12|doi=10.1117/12.911793|url=https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/8262/82621A/Modeling-gallium-nitride-based-violet-lasers-for-data-storage-of/10.1117/12.911793.full}}</ref>

Il '''nitruro di gallio''' ('''GaN''') è un [[semiconduttore]] a gap diretta che cristallizza generalmente sotto forma di [[wurtzite]]. In particolari condizioni è possibile però crescere [[epitassia|epitassialmente]] GaN su un substrato con reticolo cristallino a [[zincoblenda]], e ciò permette al GaN di assumere anche quest'ultima forma. Il GaN cristallizzato come wurtzite ha un ''[[gap energetico|energy gap]]'' diretto, pari a 3,510 eV alla temperatura di 0 K. Diversamente da tutti i semiconduttori del gruppo III-V a larga energia di ''gap'', il GaN ha un ''band gap'' diretto, che lo rende utilizzabile per la realizzazione di laser blu e led. In questo materiale, l'energia di legame degli [[eccitone|eccitoni]], misurata sperimentalmente, varia tra i 18 ed i 28 meV. Il fondo della banda di conduzione è ben approssimato da una [[relazione di dispersione]] [[parabola|parabolica]], il fondo delle valli adiacenti si trova invece ad energie maggiori di almeno 2 eV.

== Caratteristiche ==

Per descrivere la [[struttura elettronica a bande|struttura a bande]] del GaN sotto ''[[deformazione|strain]]'', sono necessari sei potenziali di deformazione, più il [[tensore]] di strain ed il [[potenziale]] di deformazione idrostatica totale. G. B. Ren, Y. M. Liu e P. Blood [Appl. Phys. Lett 74, 1117 (1999)] hanno proposto un insieme di parametri che modellano correttamente il calcolo della struttura a bande; per quanto riguarda invece il calcolo delle costanti elastiche la teoria si allinea ai risultati di A. Polian, M. Grimsditch e I. Grzegory [J. Appl. Phys. 79, 3343 (1996)]; i coefficienti [[piezoelettricità|piezoelettrici]] utilizzati di norma sono invece calcolati da una media tra i lavori sperimentali di Bykhovki, Lueng e Shimada e quelli teorici di Bernardini e Fiorentini.

È un [[semiconduttore]] che cristallizza nel [[sistema esagonale]] in una struttura del tipo della [[wurtzite]]. In particolari condizioni è possibile però crescere [[epitassia]]lmente GaN su un substrato con reticolo cristallino a [[zincoblenda]], e ciò permette al GaN di assumere anche quest'ultima forma.

Diversamente da tutti i semiconduttori del gruppo III-V a larga energia di ''gap'', il GaN ha una [[Banda proibita diretta e indiretta|banda proibita diretta]], che lo rende utilizzabile per la realizzazione di laser blu e [[LED]]. In questo materiale, l'energia di legame degli [[eccitone|eccitoni]], misurata sperimentalmente, varia tra i 18 ed i 28 meV. Il fondo della banda di conduzione è ben approssimato da una [[relazione di dispersione]] [[parabola (geometria)|parabolica]], il fondo delle valli adiacenti si trova invece ad energie maggiori di almeno 2 eV.

{{Portale|chimica|fisica}}

Il GaN cristallizzato come wurtzite ha un ''[[gap energetico|energy gap]]'' diretto pari a 3,47 eV alla temperatura di 0 K.

Per descrivere la [[struttura elettronica a bande|struttura a bande]] del GaN sotto [[deformazione]] (strain), sono necessari sei potenziali di deformazione, più il [[tensore]] di strain ed il potenziale di deformazione idrostatica totale. G. B. Ren, Y. M. Liu e P. Blood<ref>[Appl. Phys. Lett 74, 1117 (1999)]</ref> hanno proposto un insieme di parametri che modellano correttamente il calcolo della struttura a bande; per quanto riguarda invece il calcolo delle costanti elastiche la teoria si allinea ai risultati di A. Polian, M. Grimsditch e I. Grzegory<ref>[J. Appl. Phys. 79, 3343 (1996)]</ref>; i coefficienti [[piezoelettricità|piezoelettrici]] utilizzati di norma sono invece calcolati da una media tra i lavori sperimentali di Bykhovki, Lueng e Shimada e quelli teorici di Bernardini e Fiorentini.

== Utilizzi ==

I transistor GaN possono lavorare a temperature e tensioni molto più elevate rispetto ai transistor [[arseniuro di gallio]] (GaAs), rendendoli ideali per realizzare amplificatori di potenza nelle frequenze del microonde.

Si sta sperimentando anche l'uso di GaN nelle apparecchiature per produrre radiazioni al THz.<ref>{{Cita pubblicazione|cognome=Ahi|nome=Kiarash|data=settembre 2017|titolo=Review of GaN-based devices for terahertz operation|url=https://www.researchgate.net/publication/319639902|rivista=Optical Engineering|volume=56|numero=9|p=090901|via=SPIE|bibcode=2017OptEn..56i0901A|doi=10.1117/1.OE.56.9.090901}}</ref>

Grazie all'elevata densità di potenza e alta tensione di rottura del dielettrico GaN sta emergendo come candidato per l'elettronica delle celle [[5G]].

A partire dai primi anni del 2020, i transistor di potenza GaN stanno prendendo piede come componenti di scelta negli [[alimentatore elettrico|alimentatori]] per l'elettronica, per la conversione della [[corrente alternata]] di distribuzione alla bassa tensione in [[corrente continua]].

== Note ==

<references/>

== Altri progetti ==

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{{Composti del gallio}}

{{Controllo di autorità}}

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[[Categoria:Composti del gallio]]