Антимонид индия ( InSb ) представляет собой кристаллическое соединение , состоящее из элементов индия (In) и сурьмы (Sb). Это узкозонный полупроводниковый материал из группы III - V , используемый в инфракрасных детекторах , в том числе в тепловизионных камерах, системах FLIR , инфракрасных системах наведения самонаводящихся ракет , а также в инфракрасной астрономии . Детекторы на антимониде индия чувствительны к длинам волн инфракрасного излучения от 1 до 5 мкм.
Антимонид индия был очень распространенным детектором в старых однодетекторных тепловизионных системах с механическим сканированием. Другое применение — источник терагерцового излучения , поскольку он является сильным фотоэмиттером Дембера .
Впервые об интерметаллическом соединении сообщили Лю и Перетти в 1951 году, которые указали диапазон его гомогенности, тип структуры и постоянную решетки. [5] Поликристаллические слитки InSb были получены Генрихом Велькером в 1952 году, хотя по сегодняшним полупроводниковым стандартам они не были очень чистыми. Велькер интересовался систематическим изучением полупроводниковых свойств соединений III—V. Он отметил, что InSb имеет небольшую прямую запрещенную зону и очень высокую подвижность электронов. [6] Кристаллы InSb выращиваются методом медленного охлаждения из жидкого расплава по крайней мере с 1954 года. [7]
В 2018 году исследовательская группа Делфтского технологического университета заявила, что нанопроволоки антимонида индия продемонстрировали потенциальное применение при создании квазичастиц Майораны с нулевой модой для использования в квантовых вычислениях ; Microsoft открыла в университете лабораторию для продолжения этих исследований, однако позже Делфт отозвал статью. [8] [9]
InSb имеет вид темно-серых серебристых металлических кусочков или порошка со стеклянным блеском. При воздействии температуры выше 500 °C он плавится и разлагается, выделяя пары сурьмы и оксида сурьмы .
Кристаллическая структура представляет собой цинковую обманку с постоянной решетки 0,648 нм . [10]
InSb представляет собой узкозонный полупроводник с шириной запрещенной зоны 0,17 эВ при 300 К и 0,23 эВ при 80 К. [10]
Нелегированный InSb обладает наибольшей подвижностью электронов при температуре окружающей среды 78000 см 2 /(В⋅с), [11] скоростью дрейфа электронов и баллистической длиной (до 0,7 мкм при 300 К) [10] среди всех известных полупроводников, за исключением углеродные нанотрубки .
Фотодиодные детекторы на антимониде индия являются фотоэлектрическими и генерируют электрический ток под воздействием инфракрасного излучения. Внутренняя квантовая эффективность InSb фактически составляет 100%, но зависит от толщины, особенно для фотонов вблизи границы зоны. [12] Как и все материалы с узкой запрещенной зоной, детекторы InSb требуют периодической повторной калибровки, что увеличивает сложность системы визуализации. Эта дополнительная сложность оправдана там, где требуется чрезвычайная чувствительность, например, в военных тепловизионных системах дальнего действия. Детекторы InSb также требуют охлаждения, поскольку им приходится работать при криогенных температурах (обычно 80 К). Доступны большие массивы (до 2048×2048 пикселей ). [13] HgCdTe и PtSi — материалы аналогичного назначения.
Слой антимонида индия, зажатый между слоями антимонида алюминия и индия, может действовать как квантовая яма . Недавно было показано , что в такой гетероструктуре InSb/ AlInSb наблюдается сильный квантовый эффект Холла . [14] Этот подход изучается с целью создания очень быстрых транзисторов . [15] Биполярные транзисторы , работающие на частотах до 85 ГГц, были созданы на основе антимонида индия в конце 1990-х годов; Совсем недавно появились сообщения о полевых транзисторах , работающих на частоте более 200 ГГц ( Intel / QinetiQ ). [ нужна цитата ] Некоторые модели предполагают, что с этим материалом достижимы терагерцовые частоты. Полупроводниковые приборы из антимонида индия также способны работать при напряжении ниже 0,5 В, что снижает их потребляемую мощность. [ нужна цитата ]
InSb можно выращивать путем затвердевания расплава из жидкого состояния ( процесс Чохральского ) или эпитаксиально путем жидкофазной эпитаксии , эпитаксии с горячими стенками или молекулярно-лучевой эпитаксии . Его также можно вырастить из металлоорганических соединений методом MOVPE . [ нужна цитата ]