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Martin Völkel, Chemie B.Sc. 5.Semester AC V Hauptseminar.

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Präsentation zum Thema: "Martin Völkel, Chemie B.Sc. 5.Semester AC V Hauptseminar."—  Präsentation transkript:

1 Martin Völkel, Chemie B.Sc. 5.Semester AC V Hauptseminar

2 Eigenschaften, Vorkommen Gewinnung, Aufarbeitung Grundlagen der Halbleiter: Halbleiter, Dioden, Bandlücken Farbigkeit & weißes Licht Herstellung von GaN/ Probleme Vor-/Nachteile, Recyling von Ga 2

3 3 Binder, Harry H.: Lexikon der chemischen Elemente, S- Hirzel Verlag Stuttgart 1999 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gallium_crystals.jpg

4 4 Binder, Harry H.: Lexikon der chemischen Elemente, S- Hirzel Verlag Stuttgart 1999

5 5 Trueb, Lucier F.: Die chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1996 http://www.norandaaluminum.com/images/the-bayer-process-wheel-Final.png

6 6 Mihaylov, I.; Distin, P. A: Gallium solvent extraction in hydrometallurgy: An overview, Hydrometallurgy (1992), 28(1), 13-27 Trueb, Lucier F. Die chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1996

7 7 A.F. Hollemann, E. & N. Wiberg, Lehrbuch der anorganischen Chemie, 102. Auflage, Walter de Gruyter, Berlin, New York, 2007 Mihaylov, I.; Distin, P. A: Gallium solvent extraction in hydrometallurgy: An overview, Hydrometallurgy (1992), 28(1), 13-27 D. Wittmer, M. Erren et al.: Umweltrelevante metallische Rohstoffe. Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie GmbH, Wuppertal 2011

8 Halbleiter: zwischen Leiter und Isolator; Def. nach Größe der Bandlücke (0,1- 4 eV) verschiedene Halbleiter: IV(Si, Ge) II-IV (ZnSe) III-V (GaAs, GaN) mit Fremdatomen (Wertigkeit) Dotierung 8 Riedel, E. : Anorganische Chemie, 6. Auflage, Walter de Gruyter, Berlin 2004 G. Held: Introduction to Light Emitting Diode Technology and Applications, CRC Press, London 2009

9 9 http://semiconductores-posgrado.mx/f_flores/fis_scs/animation_diode_junction_fast.gif http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bandstruktur_-_indirekter_Band%C3%BCbergang.svg http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bandstruktur http://www.hs-lighting.com/FAQ/7.html

10 Bandlücke lässt sich beeinflussen Al-Ga-In: höhere Hauptquanten- zahl n, kleinere EN kleinere Bandlücke N-P-As: analog geringe ΔEN eher metallisch hohe ΔEN eher nichtmetallisch 10 ruby.uni-freiburg.de

11 weißes Licht: Farbort in der Mitte der CIE-Farbnormtafel Suche nach blauer LED Farbkombination (min. 2 komple- mentäre ) führt zu weißem Licht 11 F. A. Ponce, D. P. Bour: Nitride-based semiconductors for blue and green light-emitting devices, Nature (386), 351-359, 1997 Theoretical studies on band structure and optical properties of 3C–SiC by FPLAPW Pengshou Xu

12 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:LED_weiss_P_blau.svg, http://commons.wikimedia.org/wiki/File:LED_weiss_P_UV.svg, http://commons.wikimedia.org/wiki/File:RGB-SMD-LED.jpg 12

13 13 S. Nakamura, S. Pearton, G. Fasol: The Blue Laser Diode 2. Auflage, Springer-Verlag, Berlin 2000 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wurtzite_polyhedra.png

14 2D-Wachstum dünner Schichten schwierig Substrate: schlechte Gitterübereinstimmung Inselwachstum Lösung: amorphe GaN-Buffer-Layer Probleme Herstellung einer p-Schicht Passivierung durch H wenig Defektlöcher hoher Widerstand Lösung: LEEBI (Low Energy Electron Beam Irradiation) lange Zeit Konzentration auf ZnSe Vernachlässigen von GaN F. A. Ponce, D. P. Bour: Nitride-based semiconductors for blue and green light-emitting devices, Nature (386), 351-359, 1997 S. Nakamura, S. Pearton, G. Fasol: The Blue Laser Diode 2. Auflage, Springer-Verlag, Berlin 2000 14

15 Kapazität (effektivere Produktion) ca. 184 t/a, genutzt: 95 t/a (2009) Recycling nur bei Produktionsabfällen von Großanlagen geschätztes Potential: ca 84 t/a, genutztes Potential: 40 t/a Halbleiterbauteile enthalten sehr geringe Mengen Ga noch nicht wirtschaftlich, Recycling untergeordnet 15 D. Wittmer, M. Erren et al.: Umweltrelevante metallische Rohstoffe. Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie GmbH, Wuppertal 2011

16 Vorteile: hohe Lichtausbeute geringer Stromverbrauch hohe Lebensdauer mech. Unempfindlichkeit Nachteil: benötigte Seltenerden (Ga, In, La, Y, Gd, Ce) 16

17 Ga weit verstreut Nebenprodukt der Al-Aufarbeitung Aufreinigung durch Elektrolyse, Aufschmelzen, Vakuumdestillation direkte Bandlücke GaN Lichtemission Bandgap Tuning mit Al, In weiße LED durch Phosphore Herstellung über MOVPE Kapazitäten an Ga noch nicht ausgeschöpft, Bedarf steigt 17


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