Antimonuro de indio
Antimonuro de indio (InSb) es un compuesto cristalino elaborado a partir de los elementos indio (In) y antimonio (Sb). Es un material semiconductor de espacio estrecho del grupo III-V utilizado en detectores de infrarrojos, incluidas cámaras termográficas, sistemas FLIR, sistemas de guía de misiles guiados por infrarrojos y en astronomía infrarroja. Los detectores de antimonuro de indio son sensibles a longitudes de onda infrarrojas de entre 1 y 5 μm.
El antimonuro de indio era un detector muy común en los antiguos sistemas de imágenes térmicas de escaneo mecánico de un solo detector. Otra aplicación es como fuente de radiación de terahercios, ya que es un potente emisor de foto-Dember.
Historia
El compuesto intermetálico fue reportado por primera vez por Liu y Peretti en 1951, quienes dieron su rango de homogeneidad, tipo de estructura y constante de red. Heinrich Welker preparó lingotes policristalinos de InSb en 1952, aunque no eran muy puros para los estándares de semiconductores actuales. Welker estaba interesado en estudiar sistemáticamente las propiedades semiconductoras de los compuestos III-V. Observó cómo el InSb parecía tener una pequeña banda prohibida directa y una movilidad electrónica muy alta. Los cristales de InSb se han desarrollado mediante enfriamiento lento a partir de líquido fundido al menos desde 1954.
En 2018, un equipo de investigación de la Universidad Tecnológica de Delft afirmó que los nanocables de antimonuro de indio mostraban una aplicación potencial en la creación de cuasipartículas de modo cero de Majorana para su uso en la computación cuántica; Microsoft abrió un laboratorio en la universidad para promover esta investigación, pero Delft luego se retractó del artículo.
Propiedades físicas
El InSb tiene el aspecto de piezas o polvo de metal plateado de color gris oscuro con brillo vítreo. Cuando se somete a temperaturas superiores a 500 °C, se funde y se descompone, liberando vapores de antimonio y óxido de antimonio.
La estructura cristalina es zincblenda con una constante de red de 0,648 nm.
Propiedades electrónicas
InSb es un semiconductor de banda prohibida directa estrecha con una banda prohibida de energía de 0,17 eV a 300 K y 0,23 eV a 80 K.
El InSb sin dopar posee la mayor movilidad de electrones a temperatura ambiente de 78000 cm2/(V⋅s), velocidad de deriva de electrones y longitud balística (hasta 0,7 μm a 300 K) de cualquier conocido. semiconductores, excepto los nanotubos de carbono.
Los detectores de fotodiodos de antimonuro de indio son fotovoltaicos y generan corriente eléctrica cuando se someten a radiación infrarroja. La eficiencia cuántica interna del InSb es efectivamente del 100%, pero es función del espesor, particularmente para fotones cercanos al borde de la banda. Como todos los materiales de banda prohibida estrecha, los detectores de InSb requieren recalibraciones periódicas, lo que aumenta la complejidad del sistema de imágenes. Esta complejidad añadida merece la pena cuando se requiere una sensibilidad extrema, p. en sistemas militares de imágenes térmicas de largo alcance. Los detectores de InSb también requieren refrigeración, ya que deben funcionar a temperaturas criogénicas (normalmente 80 K). Se encuentran disponibles matrices grandes (hasta 2048 × 2048 píxeles). HgCdTe y PtSi son materiales con uso similar.
Una capa de antimonuro de indio intercalada entre capas de antimonuro de indio y aluminio puede actuar como un pozo cuántico. Recientemente se ha demostrado que en dicha heteroestructura, InSb/AlInSb exhibe un robusto efecto Hall cuántico. Este enfoque se estudia para construir transistores muy rápidos. A finales de la década de 1990 se construyeron transistores bipolares que operaban a frecuencias de hasta 85 GHz con antimoniuro de indio; Más recientemente se ha informado de transistores de efecto de campo que funcionan a más de 200 GHz (Intel/QinetiQ). Algunos modelos sugieren que se pueden alcanzar frecuencias de terahercios con este material. Los dispositivos semiconductores de antimonuro de indio también son capaces de funcionar con voltajes inferiores a 0,5 V, lo que reduce sus requisitos de energía.
Métodos de crecimiento
El InSb se puede cultivar solidificando una masa fundida desde el estado líquido (proceso de Czochralski), o epitaxialmente mediante epitaxia en fase líquida, epitaxia de pared caliente o epitaxia de haz molecular. También se puede cultivar a partir de compuestos organometálicos mediante MOVPE.
Aplicaciones del dispositivo
- Detectores de imagen térmica usando fotodiodes o detectores fotoelectrogneticos
- Sensores de campo magnético utilizando magnetoresistencia o el efecto Hall
- Transistores rápidos (en términos de conmutación dinámica). Esto se debe a la alta movilidad del transportista de InSb
- En algunos de los detectores de la cámara de rayos infrarrojos en el telescopio espacial Spitzer
Fuentes citadas
- Haynes, William M., ed. (2016). CRC Manual de Química y Física (97a edición). CRC Prensa. ISBN 9781498754293.