Антимонид индия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Антимонид индия(III)
Антимонид индия
Антимонид индия
Общие
Хим. формула InSb
Физические свойства
Состояние темно-серый серебристый металл
Молярная масса 236.578 г/моль
Плотность жидкого (при 550 °C) 6,430 г/см³; в обычном состоянии 5,775 г/см³
Термические свойства
Т. плав. 525,2 °C
Мол. теплоёмк. 49,56 Дж/(моль·К)
Теплопроводность 30-40[1] Вт/(м·K)
Энтальпия образования -30,66 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость в воде нерастворим
Оптические свойства
Показатель преломления 4.0
Структура
Координационная геометрия четырехгранная
Кристаллическая структура кубическая структура сфалерита (а = 0,647877 нм, z = 4, пространств. группа F43m), цинковой обманки
Классификация
Рег. номер CAS [http://www.chemnet.com/cas/supplier.cgi?exact=dict&terms=1312-41-0 1312-41-0 1312-41-0 1312-41-0]
PubChem 3468413
SMILES
ChemSpider 2709929
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иначе.

Антимонид индия — кристаллическое бинарное неорганическое химическое соединение, соединение индия и сурьмы. Химическая формула InSb.

Используется в полупроводниковых инфракрасных фоточувствительных датчиках, например, инфракрасных головках самонаведения (ИКГСН), для самонаведения ракет по ИК-излучению цели, в инфракрасной астрономии.

Детекторы на основе InSb чувствительны к ближнему ИК-диапазону электромагнитных волн с длиной волны 1-5 мкм.

InSb недавно широко использовался в «точечных» детекторах оптико-механических сканирующих систем тепловидения.

История получения[править | править вики-текст]

Крупные монокристаллы антимонида индия впервые были выращены при медленном охлаждении из расплава не позднее 1954 года[2].

Свойства[править | править вики-текст]

Является узкозонным прямозонным полупроводником группы AIIIBV с шириной запрещённой зоны 0.17 эВ при 300 K и 0,23 эВ при 80 K, также 0,2355 эВ (0 К), 0,180 эВ (298 К); эффективная масса электронов проводимости те = 0,013m0, дырок тр = 0,42m0 (m0 — масса свободного электрона); при 77 К подвижность электронов 1,1·106 см²/(В·с), дырок 9,1·103 см²/(В·с).

Физические свойства и использование[править | править вики-текст]

Антимонид индия имеет вид темно-серого серебристого металла или порошка со стекловидным блеском. Плавится при температурах свыше 500 °C, при этом сурьма в виде пара и её оксиды (при разложении InSb на воздухе) улетучиваются. Кристаллическая структура типа цинковой обманки, с постоянной кристаллической решётки 0,648 нм.

Нелегированный антимонид индия обладает самой высокой подвижностью электронов (около 78000 см²/(В·с)), а также имеет самую большую длину свободного пробега электронов (до 0,7 мкм при 300 K) среди всех известных полупроводниковых материалов, за исключением, возможно, углеродных материалов (графен, углеродные нанотрубки).

Антимонид индия используется в инфракрасных фотодетекторах. Обладает высокой квантовой эффективностью (порядка 80-90 %). Недостатком является высокая нестабильность: характеристики детектора, как правило, дрейфуют во времени. Из-за этой неустойчивости, детекторы редко используются в метрологии. Из-за узости запрещенной зоны, детекторы, в которых, в качестве полупроводникового материала применяется антимонид индия, требуют глубокое охлаждение, так как они могут работать только при криогенных температурах (как правило, 77 K — температура кипения азота при атмосферном давлении). Созданы фотоприемные матрицы с достаточно высоким разрешением (до 2048x2048 пикселей). Вместо антимонида индия в фотоприемниках могут быть использованы HgCdTe и PtSi.

Тонкий слой InSb между двумя слоями антимонида алюминия-индия проявляет свойства квантовой ямы. Такие слоистые структуры используются для создания быстродействующих транзисторов, работающих в СВЧ-диапазоне волн вплоть до миллиметрового. Биполярные транзисторы, работающие на частотах до 85 ГГц были созданы из антимонида индия в конце 1990-х. Полевые транзисторы, работающие на частотах более чем в 200 ГГц появились недавно (Intel/QinetiQ). Недостаток таких транзисторов — необходимость глубокого охлаждения, как и для всех приборов на основе InSb. Полупроводниковые приборы из антимонида индия также способны работать при напряжении питания менее 0,5 V, это позволяет снизить энергопотребление электронных устройств.

Получение[править | править вики-текст]

Выращивание монокристаллов[править | править вики-текст]

Крупные совершенные кристаллы InSb могут быть выращены путём отверждения расплава по методу Чохральского в атмосфере инертного газа (Ar, He, N2) или водорода при пониженном давлении (примерно 50 кПа). Также, путём жидкофазной эпитаксии, эпитаксии по методу горячей стенки, молекулярно-пучковой эпитаксии. Они также может быть выращены при разложениии металлоорганических соединений индия и сурьмы методом ОМСИГФ.

Синтез[править | править вики-текст]

InSb получают сплавлением индия с сурьмой в кварцевом контейнере в вакууме (~0,1 Па) при 800—850 °C. Очищают зонной плавкой в атмосфере водорода.

Использование[править | править вики-текст]

Антимонид индия применяется для изготовления туннельных диодов: по сравнению с германиевыми, диоды из антимонида индия обладают лучшими частотными свойствам при низких температурах. Антимонид индия используют для изготовления фотоэлементов высокой чувствительности, датчиков Холла, оптических фильтров и термоэлектрических генераторов и холодильников.[3] Используется для создания детекторов инфракрасного излучения (фотодиодов, фоторезисторов). Также применяется в следующих устройствах:

  • тепловизорные детекторы созданные на основе фотодиодов и фотомагнитных детекторов,
  • датчики магнитного поля, использующие магнитосопротивление и эффект Холла,
  • быстродействующие транзисторы (англ. fast transistors).

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Сайт о химии. Проверено 1 апреля 2010. Архивировано из первоисточника 30 марта 2012.
  2. Avery, D. G.; Goodwin, D. W.; Lawson, W. D.; Moss, T. S. Optical and Photo-Electrical Properties of Indium Antimonide (англ.) // Журнал Proceedings of the Physical Society Section B : статья. — 1954. — В. 67. — С. 761. — DOI:10.1088/0370-1301/67/10/304
  3. Сайт megabook.ru. Проверено 1 апреля 2010. Архивировано из первоисточника 30 марта 2012.