Utilisations du gallium dans la technologie

Dans notre monde moderne, le gallium est utilisé partout, et la vie moderne serait méconnaissable sans les avantages qu'il procure.

Au moment où vous lisez ces lignes, les atomes de gallium (Ga) les plus proches se trouvent très probablement à l'intérieur de l'appareil informatique que vous avez à portée de main. Les dispositifs WiFi et Bluetooth installés dans les ordinateurs portables, les téléphones mobiles et les tablettes d'aujourd'hui utilisent des semi-conducteurs à l'arséniure de gallium (GaAs), dont les propriétés permettent de construire des circuits intégrés à radiofréquence. Ces dernières années, les chargeurs d'appareils mobiles sont devenus beaucoup plus petits tout en fournissant plus de puissance et des cycles de charge plus rapides parce qu'ils utilisent des puces à semi-conducteurs de puissance en nitrure de gallium (GaN).

Sous sa forme élémentaire, le gallium fond à près de 30 °C, et il est liquide juste au-dessus de la température ambiante. Lorsqu'il est allié à l'indium, le point de fusion obtenu est inférieur à la température ambiante et s'abaisse davantage encore si on ajoute de l'étain. Grâce à leur faible point de fusion, les alliages au gallium constituent un substitut non toxique au mercure dans les applications nécessitant un métal liquide à température ambiante. Les métaux liquides sont de plus en plus étudiés pour les applications d'interface thermique où la chaleur doit être évacuée des puces semi-conductrices chaudes.

Lorsqu'ils sont incorporés dans des semi-conducteurs III-V (GaAs, GaN, GaP et autres), les propriétés électroniques et optiques de ces éléments les rendent supérieurs au silicium, bien qu’à un coût plus élevé. Bien que la structure de la bande électronique des semi-conducteurs à base de gallium permette des vitesses de commutation beaucoup plus élevées, toute application commerciale doit tenir compte du coût d'intégration plus faible du silicium dans la fabrication des circuits intégrés.

Les principales utilisations industrielles du gallium métal aujourd'hui sont :

• Applications de semi-conducteurs, telles que circuits intégrés, LED et points quantiques.
  • Dans les systèmes de matériaux (GaAs, GaN, GaP)
  • Dans les tranches de cristal et les précurseurs de dépôts chimiques organiques en phase vapeur (MOCVD) au gallium (TMG, TMGa)
  • Sous forme de gallium métallique pour l’épitaxie en phase liquide et de trichlorure de gallium pour la fabrication de TMG/TMGa
• Véhicules électriques et générateurs d'énergie éolienne
  • Dans les puissants aimants qui utilisent le Ga comme dopant
• Cellules photovoltaïques solaires
  • Comme dopant de type P dans les cellules solaires à base de silicium
  • Dans les cellules solaires à couche mince qui combinent le gallium avec l'indium, le cuivre et le sélénium (CIGS)
• Batteries spécialisées
  • Dans l'électrolyte des batteries à haute température au chlorure de thionyl lithium.
• Écrans LCD et OLED
  • Comme oxyde de gallium pour une partie des films IGZO (oxyde d'indium gallium zinc) pour former les transistors qui contrôlent la commutation des pixels dans le fond de panier d'écran

Vous pouvez constater que le gallium et ses composés ont un nombre étonnant d'utilisations industrielles et des propriétés uniques et fascinantes par rapport à d'autres éléments. Voici une lecture intéressante et amusante The Disappearing Spoon (https://www.amazon.com/Disappearing-Spoon-Madness-Periodic-Elements/dp/0316051632) par Sam Kean. Ce livre contient des histoires fascinantes et inhabituelles sur des groupes d'éléments du tableau périodique, mais le titre du livre concerne directement le gallium. Et pour voir une cuillère qui disparaît en action, regardez la vidéo ici : https://youtube/t3tpj9hVbJU