Антимонид индия ( InSb ) представляет собой кристаллическое соединение, состоящее из элементов индия (In) и сурьмы (Sb). Это узко- разрыв полупроводникового материала из III - V группы , используемой в ИК - детекторов , в том числе тепловизионных камер, FLIR систем, инфракрасного наведения наведения ракет систем, а также в инфракрасной астрономии . Детекторы антимонида индия чувствительны в диапазоне длин волн 1–5 мкм.
Идентификаторы | |
---|---|
3D модель ( JSmol ) | |
ChemSpider | |
ECHA InfoCard | 100.013.812 |
Номер ЕС |
|
PubChem CID | |
Номер RTECS |
|
UNII | |
Номер ООН | 1549 |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| |
| |
Характеристики | |
В сб | |
Молярная масса | 236,578 г · моль -1 |
Появление | Темно-серые, металлические кристаллы |
Плотность | 5,775 г⋅см −3 |
Температура плавления | 527 ° С (981 ° F, 800 К) |
Ширина запрещенной зоны | 0,17 эВ |
Электронная подвижность | 7,7 мКлс⋅г -1 (при 27 ° C) |
Теплопроводность | 180 мВт⋅К −1 ⋅см −1 (при 27 ° C) |
Показатель преломления ( n D ) | 4.0 |
Состав | |
Цинковая обманка | |
Т 2 д - Ж -4 3м | |
а = 0,648 нм | |
Тетраэдр | |
Опасности | |
Паспорт безопасности | Внешний SDS |
Пиктограммы GHS | [1] |
Сигнальное слово GHS | Предупреждение |
Положения об опасности GHS | H302 , H332 , H411 |
Меры предосторожности GHS | P273 |
Родственные соединения | |
Другие анионы | Нитрид индия Фосфид индия Арсенид индия |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
проверить ( что есть ?) | |
Ссылки на инфобоксы | |
Антимонид индия был очень распространенным детектором в старых однодетекторных тепловизионных системах с механическим сканированием. Другое применение - в качестве источника терагерцового излучения, поскольку он является сильным фотоэмиттером Дембера .
История
Об интерметаллиде впервые сообщили Лю и Перетти в 1951 году, которые указали диапазон его гомогенности, тип структуры и постоянную решетки. [2] Поликристаллические слитки InSb были приготовлены Генрихом Велкером в 1952 году, хотя они не были очень чистыми по сегодняшним стандартам полупроводников. Велкер интересовался систематическим изучением полупроводниковых свойств соединений AIIIBV. Он отметил, что InSb имеет небольшую прямую запрещенную зону и очень высокую подвижность электронов. [3] Кристаллы InSb выращивались путем медленного охлаждения из жидкого расплава, по крайней мере, с 1954 года. [4]
Физические свойства
InSb имеет вид темно-серых металлических кусков серебристого цвета или порошка со стекловидным блеском. Под воздействием температур выше 500 ° C он плавится и разлагается, выделяя пары сурьмы и оксида сурьмы .
Кристаллическая структура является цинковой обманки с 0,648 нм постоянной решетки . [5]
Электронные свойства
InSb - это узкозонный полупроводник с шириной запрещенной зоны 0,17 эВ при 300 К и 0,23 эВ при 80 К. [5]
Нелегированный InSb обладает наибольшей подвижностью электронов при температуре окружающей среды (78000 см 2 / В⋅с), [6] дрейфовой скоростью электронов и баллистической длиной (до 0,7 мкм при 300 К) [5] среди всех известных полупроводников, кроме углеродных. нанотрубки .
Фотодиодные детекторы на антимониде индия являются фотоэлектрическими и генерируют электрический ток при воздействии инфракрасного излучения. Внутренняя квантовая эффективность InSb составляет 100%, но она зависит от толщины, особенно для фотонов, близких к полосе. [7] Как и все материалы с узкой запрещенной зоной, детекторы InSb требуют периодической повторной калибровки, что увеличивает сложность системы визуализации. Эта дополнительная сложность имеет смысл там, где требуется высокая чувствительность, например, в военных тепловизионных системах дальнего действия. Детекторы InSb также требуют охлаждения, поскольку они должны работать при криогенных температурах (обычно 80 K). Доступны большие массивы (до 2048 × 2048 пикселей ). [8] HgCdTe и PtSi - материалы аналогичного назначения.
Слой антимонида индия, расположенный между слоями антимонида алюминия-индия, может действовать как квантовая яма . Недавно было показано, что в такой гетероструктуре InSb / AlInSb проявляет устойчивый квантовый эффект Холла . [9] Этот подход изучается для создания очень быстрых транзисторов . [10] Биполярные транзисторы, работающие на частотах до 85 ГГц, были построены из антимонида индия в конце 1990-х годов; о полевых транзисторах, работающих на частоте более 200 ГГц, сообщалось совсем недавно ( Intel / QinetiQ ). [ необходима цитата ] Некоторые модели предполагают, что терагерцовые частоты достижимы с этим материалом. Полупроводниковые приборы на антимониде индия также могут работать при напряжениях ниже 0,5 В, что снижает их требования к мощности.
Методы выращивания
InSb можно выращивать путем отверждения расплава из жидкого состояния ( процесс Чохральского ) или эпитаксиально путем жидкофазной эпитаксии , эпитаксии с горячей стенкой или молекулярно-лучевой эпитаксии . Его также можно выращивать из металлоорганических соединений с помощью MOVPE .
Приложения для устройств
- Детекторы теплового изображения с использованием фотодиодов или фотоэлектромагнитных детекторов
- Датчики магнитного поля , использующие магнитосопротивление или эффект Холла
- Быстрые транзисторы (в части динамического переключения). Это связано с высокой подвижностью носителей InSb.
- В некоторых из детекторов инфракрасного массива камеры на космическом телескопе Spitzer
Рекомендации
- ^ "Индиевый антимонд" . Американские элементы . Проверено 20 июня 2019 года .
- ^ Лю, TS; Перетти, EA Trans AIME , т. 191, стр. 791 (1951).
- ↑ Ортон, Дж. У., «Полупроводники и информационная революция: волшебные кристаллы, благодаря которым это произошло», стр. 138-139, Academic Press (2009)
- ^ Avery, DG; Гудвин, DW; Лоусон, WD; Мосс, Т.С. (1954). «Оптические и фотоэлектрические свойства антимонида индия». Труды физического общества . Серия Б. 67 (10): 761. DOI : 10,1088 / 0370-1301 / 67/10/304 .
- ^ a b c Свойства антимонида индия (InSb)
- ^ Роде, DL (1971). «Электронный транспорт в InSb, InAs и InP». Physical Review B . 3 (10): 3287. DOI : 10,1103 / PhysRevB.3.3287 .
- ^ Avery, DG; Гудвин, DW; Ренни, мисс А.Е. (1957). «Новые инфракрасные детекторы на основе антимонида индия». Журнал научных инструментов . 34 (10): 394. DOI : 10,1088 / 0950-7671 / 34/10/305 .
- ^ MG Beckett "Инфракрасное изображение высокого разрешения", докторская диссертация, Кембриджский университет (1995) Глава 3: Камера
- ^ Александр-Уэббер, JA; Бейкер, AMR; Пряжка, PD; Эшли, Т .; Николас, RJ (2012-07-05). «Сильноточный пробой квантового эффекта Холла и нагрев электронов в InSb / AlInSb». Physical Review B . Американское физическое общество (APS). 86 (4): 045404. DOI : 10,1103 / physrevb.86.045404 . ISSN 1098-0121 .
- ^ Уилл Найт (10 февраля 2005 г.). « Транзистор « квантовой ямы »обещает бережливые вычисления» . Новый ученый . Проверено 11 января 2020 .
Внешние ссылки
- Национальная дорожная карта по составным полупроводникам в Управлении военно-морских исследований
- Паспорт безопасности в Университете штата Техас в Далласе