在化學(xué)元素發(fā)現(xiàn)史上，鎵是DI一個先根據(jù)元素周期律預(yù)言，后在實驗中被發(fā)現(xiàn)證實的化學(xué)元素。鎵在地殼中的含量僅為0.0015％，鎵的熔點很低（29.75℃），在手掌上就可化為液態(tài)，而且鎵還具有熱縮冷脹性能。鎵的優(yōu)良特性使其廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、太陽能、液態(tài)合金、醫(yī)療化工等諸多領(lǐng)域。

電子工業(yè)的“脊梁”

1871年，俄國化學(xué)家門捷列夫在總結(jié)元素周期表時，認(rèn)為在鋅元素后面，鋁元素下面應(yīng)該還有一個未被發(fā)現(xiàn)的元素，其性質(zhì)與鋁元素相近，他稱之為“類鋁元素”。1875年，法國化學(xué)家布瓦博德蘭從閃鋅礦中找到了這個“類鋁元素”，他以Gallia（高盧，拉丁語中對法國的稱呼）一詞將該元素命名為Gallium，元素符號定Ga，中文名為“鎵”。

在一定的條件下，鎵能與硫、硒、碲、磷、砷、銻等發(fā)生反應(yīng)，從而生成鎵的系列化合物，它們都是優(yōu)質(zhì)的半導(dǎo)體材料，被廣泛應(yīng)用于光電子領(lǐng)域和微波通信領(lǐng)域，被譽為是電子工業(yè)的“脊梁”。目前，消耗在半導(dǎo)體行業(yè)的金屬鎵資源大約占到了總消費量的80％～85％。隨著電子信息工業(yè)的發(fā)展以及鎵應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，金屬鎵的戰(zhàn)略地位也越來越凸顯。我國于2011年將鎵列為戰(zhàn)略儲備金屬，并開始重視對鎵的戰(zhàn)略儲備。

砷化鎵是繼硅半導(dǎo)體材料之后的又一個應(yīng)用*為廣泛的半導(dǎo)體材料。砷化鎵的*大特點是具有很好的光電性能，即在光照或外加電場的條件下，電子激發(fā)可以釋放出光能來，并且其光發(fā)射效率也要比其他半導(dǎo)體材料高一些。20世紀(jì)80年代，砷化鎵被廣泛應(yīng)用到微波器件、激光器和發(fā)光二極管等產(chǎn)品中，被人們認(rèn)為是*有發(fā)展前途的半導(dǎo)體材料。

磷化鎵是制作半導(dǎo)體發(fā)光元件的又一個優(yōu)質(zhì)材料。20世紀(jì)70年代，科學(xué)家先后用磷化鎵作為基板開發(fā)出了可以發(fā)黃色、橙色和綠色光的發(fā)光二極管。到了80年代，砷化鋁鎵的應(yīng)用導(dǎo)致了*一代高亮度發(fā)光二極管的誕生。到了90年代初，四元素半導(dǎo)體材料磷化鋁鎵銦的采用，使得發(fā)光二極管的發(fā)光效率有了很大的提高。用磷化鋁鎵銦制成的超高亮度紅色、橙色、黃色和綠色發(fā)光二極管，可以應(yīng)用于戶外顯示領(lǐng)域。

氮化鎵是Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料中*具有希望的寬禁帶光學(xué)材料，曾于20世紀(jì)90年代初成就了藍(lán)色LED的輝煌。而藍(lán)色LED的推出，又帶來了白光LED照明的新紀(jì)元。目前，LED照明技術(shù)路線主要有三條，分別為藍(lán)寶石、碳化硅和硅襯底氮化鎵基LED技術(shù)路線。其中，前兩條技術(shù)路線分別是以日本和美國為主發(fā)展起來的，而第三條技術(shù)路線是由我國發(fā)展起來的，有力地提升了我國LED技術(shù)在國際上的地位。我國科學(xué)家研制的硅襯底高光效氮化鎵基藍(lán)色發(fā)光二極管獲得2015年度國家技術(shù)發(fā)明一等獎。

如今，氮化鎵材料的研究與應(yīng)用已成為全球半導(dǎo)體領(lǐng)域的前沿和熱點，并成為研制微電子器件、光電子器件的第三代半導(dǎo)體材料。較寬的直接帶隙、較強的原子鍵、較高的熱導(dǎo)率以及較穩(wěn)定的化學(xué)性，使其在光電子、高溫大功率器件以及高頻微波器件等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。