Galliumanwendungen in der Technik

In unserer modernen Welt wird Gallium überall eingesetzt und das moderne Leben wäre ohne die Vorteile, die es bietet, nicht mehr wiederzuerkennen.

Während Sie dies lesen, befinden sich die nächstgelegenen Gallium (Ga)-Atome höchstwahrscheinlich in dem Computer vor Ihrer Nase. Die WLAN- und Bluetooth-Vorrichtungen in den heutigen Laptops, Mobiltelefonen und Tablets nutzen Galliumarsenid (GaAs)-Halbleiter, deren Eigenschaften den Aufbau integrierter Hochfrequenzschaltungen ermöglichen. In den letzten Jahren sind die Ladegeräte für mobile Geräte viel kleiner geworden und bieten gleichzeitig mehr Leistung und schnellere Ladezyklen, da sie Galliumnitrid (GaN)-Leistungshalbleiterchips verwenden.

In seiner elementaren Form schmilzt Gallium bei knapp 30 °C und ist knapp über Raumtemperatur flüssig. Wenn es mit Indium legiert wird, liegt der resultierende Schmelzpunkt unter der Raumtemperatur und sinkt weiter, wenn Zinn hinzugefügt wird. Ihre niedrigen Schmelzpunkte haben die Familie der Galliumlegierungen zu einem ungiftigen Ersatz für Quecksilber in Anwendungen gemacht, die ein bei Raumtemperatur flüssiges Metall erfordern. Flüssigmetalle werden zunehmend für den Einsatz an thermischen Schnittstellen untersucht, bei denen die Wärme von heißen Halbleiterchips abgeführt werden muss.

In III-V-Halbleitern (GaAs, GaN, GaP und andere) sind diese Materialien aufgrund ihrer elektronischen und optischen Eigenschaften dem Silizium überlegen, allerdings zu höheren Kosten. Die elektronische Bandstruktur von Halbleitern auf Ga-Basis ermöglicht zwar viel höhere Schaltgeschwindigkeiten, bei jeder kommerziellen Anwendung muss dies jedoch gegenüber den niedrigeren Integrationskosten von Silizium für die Herstellung integrierter Schaltungen abgewogen werden.

Die wichtigsten industriellen Verwendungszwecke von Galliummetall sind heute:

• Halbleiteranwendungen, wie integrierte Schaltungen, LED und Quantenpunkte
  • In Materialsystemen (GaAs, GaN, GaP)
  • In Kristallwafern und Gallium-MOCVD-Vorstufen (TMG, TMGa)
  • Als metallisches Gallium für die Flüssigphasenepitaxie und Galliumtrichlorid für die TMG/TMGa-Herstellung
• Elektrofahrzeuge und Windkraftgeneratoren
  • In starken Magneten, die Ga als Dotierstoff verwenden
• Solar-Photovoltaikanlagen
  • Als p-Dotierstoff in Solarzellen auf Siliziumbasis
  • In Dünnschicht-Solarzellen, die Gallium mit Indium, Kupfer und Selen (CIGS) kombinieren
• Spezialbatterien
  • Im Elektrolyt von Hochtemperatur-Lithium-Thionylchlorid-Batterien
• LCD- und OLED-Bildschirme
  • Als Galliumoxid für einen Teil der IGZO (Indium-Gallium-Zink-Oxid)-Filme zur Bildung der Transistoren, die das Schalten der Pixel in der Display-Backplane steuern

Sie sehen, dass Gallium und seine Verbindungen im Vergleich zu anderen Elementen eine erstaunliche Anzahl industrieller Anwendungen und einzigartige und faszinierende Eigenschaften haben. Eine interessante und unterhaltsame Lektüre ist The Disappearing Spoon (https://www.amazon.com/Disappearing-Spoon-Madness-Periodic-Elements/dp/0316051632) von Sam Kean. Dieses Buch enthält faszinierende und ungewöhnliche Geschichten über Gruppen von Elementen des Periodensystems, aber der Titel des Buches bezieht sich direkt auf Gallium. Und um einen verschwindenden Löffel in Aktion zu sehen, schauen Sie sich das Video hier an: https://youtu.be/t3tpj9hVbJU