GALLIUM ARSENIDE: STRUKTUR, SIFAT, KEGUNAAN, RISIKO - KIMIA - 2025

The gallium arsenide senyawa anorganik yang terdiri dari unsur atom galium (Ga) dan atom arsen (As). Rumus kimianya adalah GaAs. Ini adalah padatan abu-abu gelap yang dapat memiliki kilau metalik biru kehijauan.

Struktur nano senyawa ini telah diperoleh dengan potensi untuk berbagai kegunaan di banyak bidang elektronik. Itu termasuk dalam kelompok bahan yang disebut senyawa III-V karena lokasi unsur-unsurnya dalam tabel periodik kimia.

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

Ini adalah bahan semikonduktor, yang berarti dapat menghantarkan listrik hanya dalam kondisi tertentu. Ini banyak digunakan pada perangkat elektronik, seperti transistor, GPS, lampu LED, laser, tablet, dan ponsel pintar.

Ini memiliki karakteristik yang memungkinkannya dengan mudah menyerap cahaya dan mengubahnya menjadi energi listrik. Untuk alasan ini digunakan dalam sel surya satelit dan kendaraan luar angkasa.

Ini memungkinkan menghasilkan radiasi yang menembus berbagai bahan dan juga organisme hidup, tanpa menyebabkan kerusakan pada mereka. Penggunaan sejenis laser GaAs yang meregenerasi massa otot yang rusak oleh bisa ular telah dipelajari.

Namun, itu adalah senyawa beracun dan dapat menyebabkan kanker pada manusia dan hewan. Peralatan elektronik yang dibuang ke tempat pembuangan sampah dapat melepaskan arsenik yang berbahaya dan berbahaya bagi kesehatan manusia, hewan, dan lingkungan.

Struktur

Gallium arsenide memiliki rasio 1: 1 antara unsur golongan III tabel periodik dan unsur golongan V, itulah sebabnya disebut senyawa III-V.

Ini dianggap sebagai padatan intermetalik yang terdiri dari arsen (As) dan galium (Ga) dengan bilangan oksidasi mulai dari Ga ⁽⁰⁾ As ⁽⁰⁾ hingga Ga ⁽⁺³⁾ As ^(-3) .

Kristal Gallium arsenide. W. Oelen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Sumber: Wikimedia Commons.

Tata nama

• Gallium arsenide
• Gallium monoarsenide

Properti

Keadaan fisik

Padatan kristal abu-abu tua dengan kilau metalik biru-hijau atau bubuk abu-abu. Kristalnya berbentuk kubik.

Kristal GaAs. Kiri: sisi yang dipoles. Kanan: sisi kasar. Materialscientist di Wikipedia bahasa Inggris / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Sumber: Wikimedia Commons.

Berat molekul

144,64 g / mol

Titik lebur

1238 ºC

Massa jenis

5,3176 g / cm ³ pada 25 ° C.

Kelarutan

Dalam air: kurang dari 1 mg / mL pada 20 ° C.

Sifat kimiawi

Ia memiliki hidrat yang dapat membentuk garam asam. Stabil di udara kering. Di udara lembab itu menjadi gelap.

Ia dapat bereaksi dengan uap, asam, dan gas asam, mengeluarkan gas beracun yang disebut arsine, arsan, atau arsenic hydride (AsH ₃ ). Bereaksi dengan basa yang mengeluarkan gas hidrogen.

Itu diserang oleh asam klorida pekat dan oleh halogen. Saat meleleh itu menyerang kuarsa. Jika basah, akan mengeluarkan bau bawang putih dan jika dipanaskan hingga terurai akan mengeluarkan gas arsenik yang sangat beracun.

Sifat fisik lainnya

Ini adalah bahan semikonduktor yang berarti dapat berperilaku sebagai konduktor listrik atau sebagai isolator tergantung pada kondisi yang diterimanya, seperti medan listrik, tekanan, suhu atau radiasi yang diterimanya.

Celah antar band elektronik

Ini memiliki lebar celah energi 1.424 eV (elektron volt). Lebar celah energi, pita terlarang, atau celah pita adalah jarak antara kulit elektron sebuah atom.

Semakin lebar celah energi, semakin besar energi yang dibutuhkan elektron untuk "melompat" ke kulit berikutnya dan menyebabkan semikonduktor berubah ke keadaan konduksi.

GaAs memiliki celah energi yang lebih lebar daripada silikon dan ini membuatnya sangat tahan terhadap radiasi. Ini juga merupakan lebar celah langsung, sehingga dapat memancarkan cahaya lebih efektif daripada silikon, yang lebar celahnya tidak langsung.

Memperoleh

Ini dapat diperoleh dengan melewatkan campuran gas hidrogen (H ₂ ) dan arsenik di atas galium (III) oksida (Ga ₂ O ₃ ) pada 600 ° C.

Ini juga dapat dibuat dengan reaksi antara galium (III) klorida (GaCl ₃ ) dan arsen oksida (As ₂ O ₃ ) pada 800 ° C.

Gunakan di sel surya

Gallium arsenide telah digunakan dalam sel surya sejak tahun 1970-an, karena memiliki karakteristik fotovoltaik luar biasa yang memberikan keunggulan dibandingkan bahan lain.

Berkinerja lebih baik daripada silikon dalam mengubah energi matahari menjadi listrik, memberikan lebih banyak energi dalam kondisi panas tinggi atau cahaya rendah, dua kondisi umum yang dialami sel surya, di mana ada perubahan tingkat pencahayaan dan suhu.

Beberapa dari sel surya ini digunakan dalam mobil bertenaga surya, kendaraan luar angkasa, dan satelit.

Sel surya GaAs di satelit kecil. Akademi Angkatan Laut Amerika Serikat / Domain publik. Sumber: Wikimedia Commons.

Keunggulan GaAs untuk aplikasi ini

Ini tahan terhadap kelembaban dan radiasi ultraviolet, yang membuatnya lebih tahan lama terhadap kondisi lingkungan dan memungkinkannya digunakan dalam aplikasi ruang angkasa.

Ia memiliki koefisien suhu rendah, sehingga tidak kehilangan efisiensi pada suhu tinggi dan menahan akumulasi dosis radiasi yang tinggi. Kerusakan radiasi dapat dihilangkan dengan temper hanya pada 200 ° C.

Ia memiliki koefisien absorpsi foton cahaya yang tinggi, sehingga ia memiliki kinerja tinggi dalam cahaya rendah, yaitu kehilangan energi yang sangat sedikit ketika ada penerangan yang buruk dari matahari.

Sel surya GaA efisien bahkan dalam cahaya rendah. Penulis: Arek Socha. Sumber: Pixabay.

Ini menghasilkan lebih banyak energi per satuan luas daripada teknologi lainnya. Ini penting jika Anda memiliki area kecil seperti pesawat terbang, kendaraan, atau satelit kecil.

Ini adalah bahan yang fleksibel dan ringan, efisien bahkan ketika diaplikasikan dalam lapisan yang sangat tipis, yang membuat sel surya sangat ringan, fleksibel, dan efisien.

Sel surya untuk kendaraan luar angkasa

Program luar angkasa telah menggunakan sel surya GaA selama lebih dari 25 tahun.

Kombinasi GaAs dengan senyawa germanium, indium, dan fosfor lainnya telah memungkinkan diperolehnya sel surya berefisiensi tinggi yang digunakan dalam kendaraan yang menjelajahi permukaan planet Mars.

Versi artis dari penjelajah Curiosity di Mars. Perangkat ini memiliki sel surya GaAs. NASA / JPL-Caltech / Domain publik. Sumber: Wikimedia Commons.

Kerugian dari GaAs

Ini adalah bahan yang sangat mahal dibandingkan dengan silikon, yang telah menjadi penghalang utama penerapan praktisnya dalam sel surya terestrial.

Namun, metode penggunaannya dalam lapisan yang sangat tipis sedang dipelajari, yang akan mengurangi biaya.

Gunakan di perangkat elektronik

GaAs memiliki banyak kegunaan di berbagai perangkat elektronik.

Dalam transistor

Transistor adalah elemen yang berfungsi untuk memperkuat sinyal listrik dan membuka atau menutup sirkuit, di antara kegunaan lainnya.

Digunakan dalam transistor, GaAs memiliki mobilitas elektronik yang lebih tinggi dan resistivitas yang lebih tinggi daripada silikon, sehingga ia mentolerir kondisi energi yang lebih tinggi dan frekuensi yang lebih tinggi, menghasilkan lebih sedikit noise.

Transistor GaAs digunakan untuk memperkuat daya. Epop / CC0. Sumber: Wikimedia Commons.

Di GPS

Pada 1980-an, penggunaan senyawa ini memungkinkan miniaturisasi penerima Global Positioning System atau GPS (Global Positioning System).

Sistem ini memungkinkan untuk menentukan posisi suatu objek atau orang di seluruh planet dengan akurasi sentimeter.

Gallium arsenide digunakan dalam sistem GPS. Penulis: Foundry Co. Sumber: Pixabay.

Dalam perangkat optoelektronik

Film GaAs yang diperoleh pada suhu yang relatif rendah memiliki sifat optoelektronik yang sangat baik, seperti resistivitas tinggi (membutuhkan energi tinggi untuk menjadi konduktor) dan transfer elektron yang cepat.

Celah energi langsungnya membuatnya cocok untuk digunakan pada perangkat jenis ini. Mereka adalah perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi radiasi atau sebaliknya, seperti lampu LED, laser, detektor, dioda pemancar cahaya, dll.

Senter LED. Mungkin mengandung galium arsenida. Penulis: Hebi B. Sumber: Pixabay.

Dalam radiasi khusus

Sifat senyawa ini mendorong penggunaannya untuk membangkitkan radiasi dengan frekuensi terahertz, yaitu radiasi yang dapat menembus semua jenis material kecuali logam dan air.

Radiasi terahertz, karena bersifat non-ionisasi, dapat diterapkan untuk memperoleh citra medis, karena tidak merusak jaringan tubuh atau menyebabkan perubahan pada DNA seperti sinar-X.

Radiasi ini juga memungkinkan untuk mendeteksi senjata tersembunyi pada orang dan barang bawaan, dapat digunakan dalam metode analisis spektroskopi di bidang kimia dan biokimia, dan dapat membantu mengungkap karya seni yang tersembunyi di gedung-gedung yang sangat tua.

Perawatan medis potensial

Jenis laser GaAs telah terbukti berguna dalam meningkatkan regenerasi massa otot yang rusak oleh sejenis bisa ular pada tikus. Namun, penelitian diperlukan untuk mengetahui efektivitasnya pada manusia.

Berbagai tim

Ini digunakan sebagai semikonduktor dalam perangkat magnetoresistance, termistor, kapasitor, transmisi data serat optik fotoelektronik, gelombang mikro, sirkuit terintegrasi yang digunakan dalam perangkat untuk komunikasi satelit, sistem radar, smartphone (teknologi 4G) dan tablet.

Sirkuit elektronik di smartphone dapat berisi GaA. Penulis: Arek Socha. Sumber: Pixabay.

Resiko

Ini adalah senyawa yang sangat beracun. Paparan yang lama atau berulang terhadap bahan ini menyebabkan kerusakan pada tubuh.

Gejala pemaparan dapat mencakup hipotensi, gagal jantung, kejang, hipotermia, kelumpuhan, edema pernapasan, sianosis, sirosis hati, kerusakan ginjal, hematuria, dan leukopenia, di antara banyak lainnya.

Ini dapat menyebabkan kanker dan merusak kesuburan. Ini beracun dan karsinogenik juga untuk hewan.

Limbah berbahaya

Meningkatnya penggunaan GaA di perangkat elektronik telah menimbulkan kekhawatiran tentang nasib bahan ini di lingkungan dan potensi risikonya terhadap kesehatan masyarakat dan lingkungan.

Ada risiko laten pelepasan arsenik (unsur beracun dan beracun) jika perangkat yang mengandung GaAs dibuang ke tempat pembuangan sampah padat kota.

Studi menunjukkan bahwa kondisi pH dan redoks di tempat pembuangan sampah penting untuk korosi GaAs dan pelepasan arsenik. Pada pH 7,6 dan di bawah atmosfer oksigen normal, hingga 15% metaloid beracun ini dapat dilepaskan.

Peralatan elektronik tidak boleh dibuang ke tempat pembuangan sampah karena GaAs dapat melepaskan arsenik beracun. Penulis: INESby. Sumber: Pixabay.

Referensi

1. Perpustakaan Kedokteran Nasional AS. (2019). Gallium arsenide. Dipulihkan dari pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Choudhury, SA dkk. (2019). Struktur nano logam untuk sel surya. Dalam Nanomaterial untuk Aplikasi Sel Surya. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
3. Ramos-Ruiz, A. dkk. (2018). Gallium arsenide (GaAs) pencucian perilaku dan permukaan perubahan kimia dalam menanggapi pH dan O ₂ . Pengelolaan Sampah 77 (2018) 1-9. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
4. Schlesinger, TE (2001). Gallium Arsenide. Dalam Ensiklopedia Bahan: Sains dan Teknologi. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
5. Mylvaganam, K. et al. (2015). Film tipis yang keras. Film GaAs. Properti dan produksi. Dalam Nanocoatings Anti-Abrasive. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
6. Lide, DR (editor) (2003). Buku Pegangan CRC Kimia dan Fisika. 85 ^th CRC Press.
7. Elinoff, G. (2019). Gallium Arsenide: Pemain Lain dalam Teknologi Semikonduktor. Dipulihkan dari allaboutcircuits.com.
8. Silva, LH dkk. (2012). Iradiasi laser 904-nm GaAs meningkatkan pemulihan massa myofiber selama regenerasi otot rangka yang sebelumnya rusak oleh krotoksin. Laser Med Sci 27, 993-1000 (2012). Dipulihkan dari link.springer.com.
9. Lee, S.-M. dkk. (2015). Sel Surya Ultrathin GaAs Kinerja Tinggi Diaktifkan dengan Struktur Nano Berkala Dielektrik Terintegrasi Heterogen. ACS Nano. 2015 Oktober 27; 9 (10): 10356-65. Dipulihkan dari ncbi.nlm.nih.gov.
10. Tanaka, A. (2004). Toksisitas indium arsenide, gallium arsenide, dan aluminium gallium arsenide. Toxicol Appl Pharmacol. 2004 Agustus 1; 198 (3): 405-11. Dipulihkan dari ncbi.nlm.nih.gov.