Антимонид индия

Запрашивайте по e-mail.

Антимонид индия (InSb) — бинарное неорганическое соединение индия и сурьмы, относящееся к классу полупроводников A^IIIB^V. Химическая формула InSb, молярная масса 236,58 г/моль. Материал представляет собой тёмно-серые кристаллы с серебристым металлическим блеском. InSb обладает самой узкой запрещённой зоной и самой высокой подвижностью электронов среди всех соединений A^IIIB^V, что определяет его применение в инфракрасной оптоэлектронике, гальваномагнитных приборах и высокочастотной электронике.

Кристаллическая структура антимонида индия

InSb кристаллизуется в кубической решётке типа сфалерита (цинковой обманки), пространственная группа F4̄3m. Постоянная решётки при 300 K составляет 0,6479 нм — это наибольшее значение среди всех полупроводников A^IIIB^V. Число формульных единиц в элементарной ячейке z = 4. Каждый атом индия окружён четырьмя атомами сурьмы в тетраэдрической координации и наоборот.

Физические свойства InSb

Антимонид индия имеет наименьшую температуру плавления среди соединений A^IIIB^V. Ниже приведены основные физические характеристики, подтверждённые энциклопедическими источниками.

Материал устойчив на воздухе и в парах воды при температурах до примерно 300 °C. Окисление на воздухе начинается при температуре выше 500 °C. При нагреве выше температуры плавления (525 °C) и особенно при значительных перегревах InSb разлагается с выделением паров сурьмы и её оксидов.

Электрофизические и оптические свойства

Антимонид индия — узкозонный полупроводник с прямой запрещённой зоной. Ширина запрещённой зоны InSb является наименьшей среди соединений группы A^IIIB^V.

Нелегированный антимонид индия обладает самой высокой подвижностью электронов при комнатной температуре (около 78 000 см²/(В·с)) среди всех известных полупроводниковых соединений. Эта величина обусловлена малой эффективной массой электронов проводимости (0,013 m₀). Баллистическая длина свободного пробега электронов достигает 0,7 мкм при 300 K.

Из-за узкой запрещённой зоны уже при температурах ниже комнатной электропроводность InSb становится собственной (т. е. определяется термогенерацией электронно-дырочных пар). По этой причине InSb относится к вырожденным полупроводникам. Энергия ионизации донорных примесей (S, Se, Te) в этом материале чрезвычайно мала.

Химическая стойкость

Антимонид индия не растворяется в воде. В кислотах InSb растворяется хорошо, при этом выделяется токсичный газ стибин (SbH₃). Материал устойчив на воздухе при комнатной температуре. Окисление поверхности заметно проявляется при нагреве выше 500 °C, а при существенном перегреве начинается разложение с выделением паров сурьмы.

Применение антимонида индия

Уникальное сочетание узкой запрещённой зоны, высокой подвижности электронов и чувствительности в среднем ИК-диапазоне (1–5 мкм) определяет широкую область применения InSb в специализированной электронике и оптоэлектронике.

Инфракрасные фотоприёмники на основе InSb

Антимонид индия — один из основных материалов для фотоприёмников среднего ИК-диапазона (3–5 мкм). На его основе выпускаются фотодиоды, фоторезисторы и фотоэлектромагнитные детекторы. Созданы фотоприёмные матрицы с разрешением до 2048 × 2048 пикселей. Детекторы на InSb обладают высокой квантовой эффективностью — внутренняя квантовая эффективность близка к 100 %.

Из-за узости запрещённой зоны для достижения низких шумов детекторы на основе InSb требуют криогенного охлаждения. Рабочая температура, как правило, составляет 77 K (температура кипения жидкого азота). Альтернативными материалами для фотоприёмников этого диапазона являются CdHgTe (кадмий-ртуть-теллур) и PtSi (силицид платины).

Гальваномагнитные приборы и датчики Холла

Высокая подвижность электронов делает антимонид индия оптимальным материалом для датчиков Холла и магниторезисторов. Датчики Холла на основе InSb отличаются высокой чувствительностью к магнитному полю и используются в системах бесконтактного измерения тока, датчиках положения, преобразователях и усилителях электрической мощности.

Туннельные диоды из антимонида индия

InSb применяется для изготовления туннельных диодов. По сравнению с германиевыми аналогами, туннельные диоды из антимонида индия обладают лучшими частотными характеристиками при низких температурах.

Быстродействующие транзисторы

Слоистые гетероструктуры AlInSb/InSb используются для создания транзисторов с высокой подвижностью электронов (HEMT), работающих в СВЧ- и миллиметровом диапазонах. Тонкий слой InSb между слоями антимонида алюминия-индия (AlInSb) образует квантовую яму, в которой достигается ещё более высокая подвижность носителей. Биполярные транзисторы на основе InSb, работающие на частотах до 85 ГГц, были реализованы в конце 1990-х годов. Полевые транзисторы, функционирующие на частотах свыше 200 ГГц, созданы позднее. Полупроводниковые приборы из InSb способны работать при напряжении питания менее 0,5 В, что позволяет снизить энергопотребление электронных устройств.

Термоэлектрические устройства и оптические фильтры

Антимонид индия находит применение в термоэлектрических генераторах и термоэлектрических охладителях (элементах Пельтье), а также при изготовлении оптических фильтров для среднего инфракрасного диапазона. Кроме того, InSb является источником терагерцевого излучения благодаря выраженному фото-Дембер эффекту.

Формы поставки антимонида индия

Антимонид индия поставляется в различных формах в зависимости от задач потребителя:

• Поликристаллический InSb — слитки или куски, используемые в качестве шихты для дальнейшего выращивания монокристаллов или для сплавления.
• Монокристаллы InSb — нелегированные или легированные (типичные легирующие примеси: Te для n-типа; Ge или Mn для p-типа). Поставляются в виде слитков и пластин (подложек) ориентации (100) или (111), диаметром от 2 дюймов (50,8 мм).
• Пластины (подложки) InSb — полированные пластины заданной кристаллографической ориентации и толщины для эпитаксиального наращивания и изготовления приборных структур.
• Порошок InSb — измельчённый материал для исследовательских и специальных технологических задач.

Среди родственных полупроводниковых материалов группы A^IIIB^V на нашем сайте также представлены арсенид индия (InAs) и фосфид индия (InP) — соединения с аналогичной кристаллической структурой, но иными значениями запрещённой зоны и подвижности носителей.

Сравнение InSb с другими полупроводниками A^IIIB^V

Для выбора подходящего полупроводникового материала полезно сопоставить ключевые параметры InSb с ближайшими аналогами.

Из таблицы видно, что InSb занимает крайнее положение в ряду полупроводников A^IIIB^V: наименьшая запрещённая зона, наибольшая подвижность электронов, наибольшая постоянная решётки и наименьшая температура плавления.

Особенности работы с антимонидом индия

Требования безопасности при работе с InSb

Сурьма и её соединения токсичны. Основную опасность при работе с антимонидом индия представляет возможность выделения стибина (SbH₃) — чрезвычайно ядовитого газа, образующегося при контакте InSb с кислотами. Стибин относится к веществам I класса опасности.

При механической обработке InSb (резка, полировка, шлифовка) образуется пыль, содержащая соединения сурьмы. Рабочие помещения должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией. Персонал обязан использовать средства индивидуальной защиты: респираторы, защитные очки, перчатки. При высокотемпературной обработке выше 500 °C необходим контроль содержания паров сурьмы и её оксидов в воздухе рабочей зоны.

Упаковка, хранение и транспортировка

Монокристаллы и пластины антимонида индия упаковывают в полиэтиленовую плёнку, помещают в картонные коробки с прокладками из мягких материалов (вата, поролон) для защиты от механических повреждений. Коробки укладывают в деревянные ящики с бумажным настилом. Масса одного грузового места, как правило, не превышает 50 кг. При хранении следует избегать контакта с кислотами и влагой.

Условия поставки антимонида индия

Мы поставляем антимонид индия в виде поликристаллического и монокристаллического материала, пластин и порошка. Конкретные характеристики (тип легирования, ориентация, диаметр, удельное сопротивление) согласуются по запросу. Информацию о наличии, сроках поставки и условиях отгрузки предоставляет менеджер.