Триметилгаллий (TMGa)
- от объёма, заполните заявку
Триметилгаллий (TMGa, Ga(CH3)3) — летучее металлоорганическое соединение галлия, являющееся основным источником галлия в технологии МОС-гидридной эпитаксии (MOCVD). Вещество представляет собой бесцветную пирофорную жидкость, самовоспламеняющуюся при контакте с воздухом и бурно реагирующую с водой. Триметилгаллий применяется в производстве полупроводниковых гетероструктур на основе GaAs, GaN, AlGaAs, InGaP и других соединений III–V групп, используемых в светодиодах, лазерных диодах, силовых транзисторах и фотовольтаических элементах.
Физико-химические свойства триметилгаллия
Триметилгаллий — мономерное соединение с плоской тригональной структурой молекулы в газовой фазе. В отличие от триметилалюминия, который существует в виде димера Al2(CH3)6, TMGa не образует прочных мостиковых связей, что обеспечивает ему более высокое давление паров и удобство дозирования в MOCVD-процессах.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Химическая формула | Ga(CH3)3 |
| Номер CAS | 1445-79-0 |
| Молекулярная масса | 114,83 г/моль |
| Температура плавления | −15,8 °C |
| Температура кипения (при 760 мм рт. ст.) | 55,7 °C |
| Плотность при 20 °C | 1,151 г/см³ |
| Вязкость при 20 °C | 0,7 мПа·с |
| Температура вспышки | −18 °C |
| Внешний вид | Бесцветная прозрачная жидкость |
| Пирофорность | Самовоспламеняется на воздухе |
| Растворимость | Растворим в ароматических и алифатических углеводородах; бурно реагирует с водой |
Давление паров триметилгаллия
Давление насыщенных паров — ключевой параметр для расчёта потока прекурсора в MOCVD-реакторе. Для TMGa зависимость давления паров от температуры описывается уравнением:
log P(Торр) = 8,07 − 1703 / T(K)
| Температура | Давление паров, Торр |
|---|---|
| 0 °C (273,15 K) | ≈ 69 |
| 10 °C (283,15 K) | 113,6 |
| 15 °C (288,15 K) | 144,5 |
| 20 °C (293,15 K) | ≈ 183 |
| 25 °C (298,15 K) | ≈ 229 |
Высокое давление паров при комнатной температуре делает триметилгаллий удобным для подачи через барботёр (bubbler) с газом-носителем (водород или азот) без необходимости нагрева ёмкости.
Применение триметилгаллия в MOCVD-технологии
Триметилгаллий является наиболее распространённым прекурсором галлия для метода химического осаждения из газовой фазы с использованием металлоорганических соединений (MOCVD, также MOVPE). В процессе эпитаксиального роста TMGa подаётся газом-носителем в реакторную камеру, где при температурах 500–1100 °C (в зависимости от осаждаемого материала) происходит термическое разложение с выделением элементарного галлия и метана (CH4).
В сочетании с гидридными источниками элементов V группы TMGa используется для осаждения следующих полупроводниковых материалов:
| Материал | Источник V группы | Область применения |
|---|---|---|
| GaAs (арсенид галлия) | AsH3 (арсин) | СВЧ-электроника, фотовольтаика, лазерные диоды |
| GaN (нитрид галлия) | NH3 (аммиак) | Светодиоды, силовая электроника, УФ-лазеры |
| AlGaAs (алюминий-галлий арсенид) | AsH3 + TMAl | Гетеролазеры, фотодетекторы |
| InGaP (индий-галлий фосфид) | PH3 + TMIn | Многопереходные солнечные элементы, HBT-транзисторы |
| InGaN (индий-галлий нитрид) | NH3 + TMIn | Светодиоды синего и зелёного свечения |
| GaP (фосфид галлия) | PH3 (фосфин) | Светодиоды, оптические окна |
Для ряда применений (в частности, роста нитридных структур при пониженных температурах) в качестве альтернативы TMGa используют триэтилгаллий (TEGa), обладающий более низкой температурой термического разложения за счёт механизма β-гидридного элиминирования.
Требования к чистоте триметилгаллия для полупроводниковой промышленности
Качество выращиваемых эпитаксиальных слоёв напрямую зависит от чистоты прекурсора. Примеси кремния, кислорода, серы и металлов на уровне ppb (миллиардных долей) способны формировать электроактивные центры в полупроводнике, ухудшая подвижность носителей заряда и оптические характеристики структур.
| Класс чистоты | Содержание Ga, % | Типичное обозначение | Назначение |
|---|---|---|---|
| ≥ 99+ % | ≥ 99 | Лабораторный | Исследовательские работы |
| ≥ 99,9999 % по Ga (6N) | ≥ 99,9999 | Electronic Grade (EG), SSG | Промышленное MOCVD-осаждение |
| ≥ 99,9999 % по Ga + пониженный кислород | ≥ 99,9999 | Opto Electronic Grade (OEG) | Оптоэлектроника высших требований (VCSEL, CPV) |
Для промышленного MOCVD-осаждения применяется TMGa электронного класса чистоты (Electronic Grade, EG), в котором содержание примесных металлов контролируется методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) на уровне единиц ppb. Контроль содержания кислорода осуществляется отдельно, поскольку кислородные примеси особенно критичны для нитридных структур.
Упаковка и транспортировка TMGa
Триметилгаллий поставляется в стальных баллонах (цилиндрах, бабблерах) с электрополированной внутренней поверхностью, оснащённых сифонной трубкой для нижнего отбора жидкости и мембранными клапанами с металлическими уплотнениями. Электрополировка внутренней поверхности ёмкости минимизирует адсорбцию примесей на стенках и обеспечивает стабильную чистоту продукта от начала до полного расхода баллона.
Стандартные фасовки включают баллоны ёмкостью от 50 мл до нескольких литров. Масса заправки зависит от объёма баллона и потребностей процесса.
Условия хранения и транспортировки
При хранении в герметичной ёмкости под инертной атмосферой (аргон, азот) TMGa стабилен неограниченное время. Транспортировка осуществляется в соответствии с международными правилами перевозки опасных грузов: вещество классифицируется как «органическое пирофорное, реагирующее с водой» (UN 3394, класс 4.2, группа упаковки I).
Безопасность при работе с триметилгаллием
Триметилгаллий — чрезвычайно опасное вещество, работа с которым требует строгого соблюдения регламентов промышленной безопасности. Основные факторы опасности:
Пирофорность. TMGa самовоспламеняется при контакте с воздухом. При горении образуется белый дым оксидов галлия, раздражающий дыхательные пути и слизистые оболочки. Тушение водой и углекислотными огнетушителями запрещено — используются только сухие порошковые средства, песок или известь.
Реакция с водой. При контакте с водой или влагой происходит бурная экзотермическая реакция с выделением метана и возможным воспламенением.
Токсичность. Жидкий TMGa вызывает тяжёлые термические и химические ожоги кожи и глаз. Пары и продукты горения раздражают слизистые оболочки и дыхательные пути. Работа с веществом допускается только в инертной атмосфере, с использованием полностью герметичных систем подачи, средств индивидуальной защиты (СИЗ) и в помещениях, оборудованных приточно-вытяжной вентиляцией с системами детекции утечек.
Триметилгаллий в сравнении с триэтилгаллием (TEGa)
Оба соединения служат прекурсорами галлия для MOCVD, но различаются по свойствам и области оптимального применения.
| Параметр | TMGa — Ga(CH3)3 | TEGa — Ga(C2H5)3 |
|---|---|---|
| Молекулярная масса | 114,83 г/моль | 156,91 г/моль |
| Температура кипения | 55,7 °C | 143 °C |
| Давление паров (20 °C) | ≈ 183 Торр (высокое) | ≈ 5 Торр (низкое) |
| Механизм разложения | Преимущественно гомолиз связи Ga–C | β-гидридное элиминирование + гомолиз |
| Загрязнение углеродом | Выше (радикалы CH3·) | Ниже (β-элиминирование даёт чистые продукты) |
| Основное применение | Высокотемпературный рост GaAs, GaN, AlGaAs | Низкотемпературный рост, рост нановискеров |
TMGa остаётся стандартным прекурсором для большинства промышленных MOCVD-процессов благодаря высокому давлению паров, стабильной подаче и отработанной технологии. TEGa применяется в специализированных случаях, когда требуется снизить фоновое загрязнение углеродом или работать при пониженных температурах роста.
Формы поставки триметилгаллия
Триметилгаллий доступен к поставке в следующих формах:
Баллоны-бабблеры (bubblers) — стандартная форма для прямого подключения к MOCVD-реакторам. Баллоны изготовлены из нержавеющей стали с электрополированной внутренней поверхностью, оснащены мембранными клапанами и металлическими уплотнениями (VCR). Типовые объёмы: 50 мл, 100 мл, 250 мл, 500 мл, 1 л и более.
Ампулы — для лабораторных исследований и малых объёмов (единицы-десятки граммов).
Ёмкости поставляются заполненными инертным газом (азот или аргон) с сертификатом анализа (Certificate of Analysis, CoA), включающим данные о чистоте по основному веществу и примесных металлах. По запросу также предоставляются паспорт безопасности (SDS) и сертификат соответствия.
Подробнее о других материалах на основе галлия — на соответствующей странице сайта.
Марки сплавов и материалов
A93403 · ХН58МБ · N06102 · СрПл 96-4 · МА18 · EN AW-8280 · ЭИ789 · Sanicro 41Cu R · A23582 · NiCr15Fe6Mn · МА10Ц1 · ERNiMo-5A · PbSn15 · ZG35Cr28Ni16 · SF A5.14 (ERNiCrMo-7) · SABS 807 · Sn2
