stringtranslate.com

Антимонид индия

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 .

История

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]

Физические свойства

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]

Электронные свойства

Инфракрасный детектор InSb, произведенный компанией Mullard в 1960-х годах.

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 ]

Методы роста

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 ]

Приложения для устройств

Рекомендации

  1. ^ аб Хейнс, с. 4,66
  2. ^ Хейнс, стр. 12.156.
  3. ^ Хейнс, стр. 5.22.
  4. ^ "Индиум Антимонд". Американские элементы . Проверено 20 июня 2019 г.
  5. ^ Лю, ТС; Перетти, Э.А. (1951). «Параметр решетки InSb». Транс ЭИМЭ . 191 : 791.
  6. ^ Ортон, JW (2009). Полупроводники и информационная революция: волшебные кристаллы, которые сделали это возможным . Академическая пресса. стр. 138–9. ISBN 9780444532404.
  7. ^ Эйвери, генеральный директор; Гудвин, Д.В.; Лоусон, штат Вашингтон; Мосс, Т.С. (1954). «Оптические и фотоэлектрические свойства антимонида индия». Труды Физического общества . Серия Б. 67 (10): 761. Бибкод : 1954ППСБ...67..761А. дои : 10.1088/0370-1301/67/10/304.
  8. ^ Дедезаде, Эсат (21 февраля 2019 г.). «Новая лаборатория квантовых вычислений Microsoft в Делфте открывает двери в мир возможностей». Центр новостей Microsoft в Европе .
  9. ^ Каку, Мичио (2023). Квантовое превосходство (1-е изд.). Нью-Йорк: Даблдей . п. 96. ИСБН 978-0-385-54836-6.
  10. ^ abc Свойства антимонида индия (InSb). ioffe.ru
  11. ^ Роде, DL (1971). «Транспорт электронов в InSb, InAs и InP». Физический обзор B . 3 (10): 3287–3299. Бибкод : 1971PhRvB...3.3287R. doi : 10.1103/PhysRevB.3.3287.
  12. ^ Эйвери, генеральный директор; Гудвин, Д.В.; Ренни, мисс AE (1957). «Новые инфракрасные детекторы на антимониде индия». Журнал научных инструментов . 34 (10): 394. Бибкод : 1957JScI...34..394A. дои : 10.1088/0950-7671/34/10/305.
  13. ^ Беккет, М.Г. (1995). «3. Камера». Инфракрасная визуализация высокого разрешения (доктор философии). Кембриджский университет. uk.bl.ethos.388828.
  14. ^ Александр-Уэббер, JA; Бейкер, AMR; Бакл, PD; Эшли, Т.; Николас, Р.Дж. (5 июля 2012 г.). «Сильноточный пробой квантового эффекта Холла и нагрев электронов в InSb/AlInSb». Физический обзор B . Американское физическое общество (APS). 86 (4): 045404. Бибкод : 2012PhRvB..86d5404A. doi : 10.1103/physrevb.86.045404.
  15. ^ Уилл Найт (10 февраля 2005 г.). «Транзистор с квантовой ямой обещает экономичные вычисления». Новый учёный . Проверено 11 января 2020 г.

Цитируемые источники

Внешние ссылки